Con una población mundial en crecimiento vendrá un mayor consumo de energía, y las formas sostenibles de fuentes de energía, como los combustibles solares y la electricidad solar, tendrán una demanda aún mayor. Y a medida que proliferan estas formas de poder, el enfoque cambiará a una mayor eficiencia.

Los fotoelectrodos y los fotovoltaicos, como los paneles solares, a menudo presentan películas delgadas de silicio u otro material semiconductor nanoestructurado. y estas estructuras incluyen nanopartículas a través de las cuales debe pasar la corriente generada por la luz solar. Si bien la composición de nanopartículas ofrece muchos beneficios, incluyendo grandes proporciones de superficie a volumen, tiene un inconveniente importante.

La corriente eléctrica que pasa de una partícula a otra experimenta una pérdida de potencia; si la corriente pasa a través de suficientes de estas interfaces partícula-partícula, la pérdida total podría inutilizar el dispositivo. Pero nadie ha podido determinar cuánta energía se pierde cuando la corriente pasa de una nanopartícula a otra, hasta ahora.

Un grupo dirigido por Peng Chen, el Peter J.W. Profesora Debye en el Departamento de Química y Biología Química de Cornell, ha determinado que la fotocorriente pierde aproximadamente el 20 por ciento de su potencia al pasar a través de la interfaz. Por lo tanto, el grupo declaró, la corriente que pasa a través de 11 de tales interfaces se reduciría a solo el 10 por ciento de su potencia original.

"Creemos que esto proporcionará un punto de referencia para las personas que utilizan nanomateriales para diseñar este tipo de dispositivos, "dijo Chen, autor principal de "Cuantificación de la pérdida por fotocorriente de una única interfaz partícula-partícula en fotoelectrodos nanoestructurados".

El informe fue publicado el 7 de enero en Nano letras , una publicación de la American Chemical Society. Otros autores fueron los ex asociados postdoctorales Mahdi Hesari y Justin Sambur, postdoctorado actual Xianwen Mao y Won Jung, Doctor. '18, todos del Grupo Chen.

Para realizar este cálculo experimental, Peng y su grupo usaron una celda de microfluidos, con tres electrodos en una solución acuosa de electrolitos. Uno de los electrodos estaba hecho de tiras de óxido de indio y estaño (ITO); sobre o cerca de él se colocaron nanobarras de óxido de titanio, cuyas propiedades fotoelectroquímicas el grupo ya había examinado.

El grupo experimentó con varias configuraciones de partículas diferentes, y enfocó un rayo láser en un punto justo después (puntos Tipo A) o justo antes (puntos Tipo B) de la interfaz donde dos nanobarras se tocaban entre sí. El láser que golpeó los puntos de Tipo B envió la carga fotoeléctrica a través de la interfaz partícula-partícula.

Tomando docenas de mediciones de ambos tipos de comportamientos fotoelectroquímicos, el grupo observó pérdidas de energía con un promedio de alrededor del 20 por ciento.

Aunque Chen y su grupo ahora han encontrado una cifra sólida para calcular la pérdida de potencia en nanomateriales, todavía no saben por qué sucede esto. Han descartado factores que dependen de la fuerza de la corriente.

"Todavía no entendemos el mecanismo molecular subyacente que conduce a esta pérdida del 20 por ciento, ", dijo." Esto es algo que planeamos perseguir en el futuro, y requerirá que manipulemos esencialmente la interfaz de forma activa, manipular la naturaleza química de la interfaz, y volver a realizar nuestras mediciones ".