Los nuevos materiales permitirán nuevas tecnologías para convertir la luz solar en electricidad y combustibles. Las combinaciones de moléculas y nanopartículas diminutas hacen que estos materiales sean una realidad. Las moléculas de estos materiales son muy buenas para absorber la luz solar y donar electrones a las nanopartículas. Las nanopartículas luego mueven los electrones y catalizan reacciones que producen el combustible. Sin embargo, este proceso no siempre funciona como esperan los investigadores. Ahora, los científicos han encontrado una manera de rastrear electrones a lo largo de su viaje de ida y vuelta desde las moléculas hasta las nanopartículas y viceversa. Los investigadores pueden medir hacia dónde pueden viajar fácilmente los electrones y si se atascan, dónde, cuándo y por qué. Esta información es crucial para encontrar mejores combinaciones de materiales innovadores.

El estudio, publicado en The Journal of Physical Chemistry Letters , demuestra una nueva herramienta experimental que puede seguir los electrones que viajan entre moléculas y nanopartículas que convierten la luz solar en electricidad o combustibles. Resulta que un material de nanopartículas muy común, el óxido de zinc, primero detiene los electrones por un tiempo. Luego, el material permite que los electrones se muevan solo a lo largo de la superficie de las nanopartículas. Esto hace que sea probable que las cargas se pierdan o dañen el material de nanopartículas. Idealmente, las cargas deberían viajar sin pausa y directamente a través de las nanopartículas. La capacidad de revelar estos cuellos de botella para el viaje de electrones ayudará a los investigadores a diseñar mejores materiales para convertir la luz solar en otras formas de energía.

Para convertir la luz solar en electricidad o combustible, un material debe absorber la luz y dirigir la energía de la luz a los electrones. Luego, los electrones deben moverse para formar una corriente o permitir reacciones químicas. Una forma de lograr ambos pasos es usar moléculas que sean muy buenas para captar la luz solar y unirlas a sustratos que sean muy buenos para mover electrones. Los investigadores sabían previamente que los electrones podían moverse dentro del material de óxido de zinc mucho más fácilmente que en muchos otros materiales. A pesar de este hecho, los electrodos hechos de óxido de zinc no funcionarían tan bien como los electrodos hechos de otros materiales. ¿Qué está pasando?

Usando una técnica llamada espectroscopia de fotoelectrones de rayos X de resolución temporal en Advanced Light Source, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE), los investigadores ahora pueden seguir el camino de los electrones desde las moléculas hasta los sustratos y viceversa. . Descubrieron que los electrones están atrapados durante mucho tiempo entre las moléculas y el óxido de zinc. Cuando los electrones finalmente dan el salto, el material sigue empujándolos hacia la superficie del sustrato. Allí, los electrones quedan atrapados más fácilmente que si pudieran viajar directamente a través del sustrato. Este estudio ayuda a explicar por qué los sustratos de óxido de zinc no funcionan tan bien como se esperaba. También proporciona un nuevo esquema de prueba para futuros materiales. + Explora más

El tinte orgánico en la capa intermedia de óxido de zinc estabiliza y aumenta el rendimiento de las células solares orgánicas