Los investigadores de la Universidad de Linköping han descubierto un fenómeno cuántico que influye en la formación de cargas gratuitas en las células solares orgánicas. "Si podemos entender adecuadamente lo que está sucediendo, podemos aumentar la eficiencia", dice Olle Inganäs, profesor emérito.
El estudiante de doctorado Qingzhen Bian obtuvo resultados inesperados cuando organizó un experimento para optimizar un material de células solares que consta de dos polímeros que absorben la luz y un material receptor. Olle Inganäs, profesor emérito de la División de Electrónica Biomolecular y Orgánica le pidió que repitierael experimento para eliminar la posibilidad de errores de medición. Una y otra vez, y en los experimentos realizados tanto en LiU como por colegas en Lund, sucedió lo mismo: una pequeña forma de onda periódica que duró unos cientos de femtosegundos apareció en la firma de la absorción ópticacomo una fotocorriente formada en el material de la célula solar. ¿Qué estaba pasando?
La explicación ha sido publicada en Comunicaciones de la naturaleza .
Algunos antecedentes: cuando la luz en forma de fotones se absorbe en un polímero semiconductor, se forma un excitón. Los excitones son pares de electrones-huecos unidos en el polímero. Los electrones no se liberan y el transporte de cargas, la fotocorriente, no surge. Cuando el polímero donador de electrones se mezcla con una molécula que acepta electrones, los electrones se pueden liberar. Los electrones solo necesitan dar un pequeño salto para liberarse, y la pérdida de energía se mantiene al mínimoLos agujeros y los electrones transportan la fotocorriente y la célula solar comienza a producir electricidad.
Esto se conoce desde hace mucho tiempo. Sin embargo, la forma de onda notable apareció en el experimento de Qingzhen Bian.
"La única explicación concebible es que surge coherencia entre el sistema excitado y las cargas separadas. Les pedimos a los químicos cuánticos que lo analicen y los resultados que obtenemos en experimentos repetidos concuerdan bien con sus cálculos", dice Olle Inganäs.
En la escala cuántica, los átomos vibran, y vibran más rápido cuando se calientan. Son estas vibraciones las que interactúan entre sí de alguna manera y con el sistema excitado de electrones: las fases de las ondas se suceden y un estadode coherencia surge.
"La coherencia ayuda a crear las cargas que le dan a la fotocorriente, que tiene lugar a temperatura ambiente. Pero aún no sabemos por qué o cómo", dice Olle Inganäs.
La misma coherencia cuántica se encuentra en el mundo biológico.
"Existe un intenso debate entre los investigadores de biofísica sobre si los sistemas que utilizan la fotosíntesis han aprendido a explotar la coherencia o no. Me parece poco probable que millones de años de evolución no hayan dado como resultado que el mundo natural explote el fenómeno", dice Olle Inganäs.
"Si entendemos mejor cómo se forman los portadores de carga y cómo se controla el proceso, deberíamos poder usarlo para aumentar la eficiencia de las células solares orgánicas. Las vibraciones dependen de la estructura de la molécula, y si podemosAl diseñar moléculas que contribuyen a aumentar la fotocorriente, también podemos utilizar el fenómeno para nuestra ventaja ", dice.
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Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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