7
de Abril de 2014.
Por:
Tracey Peake.
Traducción:
Llarpo.
La nueva investigación de
la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la UNC-Chapel Hill
revela que la energía se transfiere de manera más eficiente en el
interior del complejo, tridimensional de las celdas solares
orgánicas, cuando las moléculas donantes se alinean de cara en vez
de canto, en relación con el aceptador. Este descubrimiento puede
ayudar en el diseño y fabricación de celdas solares orgánicas más
eficientes y con tecnología económicamente viable.
La eficiencia de la celda
solar orgánica depende de la facilidad con la que un excitón - la
partícula de energía que se crea cuando la luz es absorbida por el
material - puede encontrar la interfaz entre las moléculas del
donante y del aceptor dentro de la célula. En la interfaz, el
excitón se convierte en cargas que viajan a los electrodos, creando
la energía. Si bien esto suena bastante simple, la realidad es que
las moléculas dentro de las capas donante y aceptor se pueden
mezclar, en racimo de ámbitos, o ambos, lo que lleva a las
variaciones en la pureza del ámbito y el tamaño que pueden afectar
el proceso de conversión de energía. Por otra parte, las moléculas
del donante y del aceptor tienen diferentes formas, y la forma en que
están orientadas uno respecto a otras materias. Esta complejidad
hace que sea muy difícil para medir las características importantes
de su estructura.
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| Las moléculas en orientación de cara dentro de la celda solar orgánica. Artista: Peter Allen. |
El físico Harald Ade, el
químico Wei You y colaboradores de ambas instituciones estudiaron la
composición molecular de las celdas solares con el fin de determinar
qué aspectos de las estructuras tienen el mayor impacto en la
eficiencia. En este proyecto, el equipo utilizó técnicas avanzadas
de rayos X tenues para describir la orientación de las moléculas
dentro de los materiales del donante y el receptor. Mediante la
manipulación de esta orientación en diferentes polímeros de la
celda solar, que fueran capaces de mostrar que una alineación de
cara entre el donante y el aceptor fue mucho más eficiente en la
generación de energía que la alineación en canto.
"Una orientación de
cara se piensa para permitir interacciones favorables para la
transferencia de carga e inhibir la recombinación, o la pérdida de
carga, en las celdas solares orgánicas," dice Ade, "aunque
precisamente lo que sucede en el nivel molecular todavía no está
claro.
"Las capas del donante
y del aceptor no sólo quedan planas una contra la otra,"
explica Ade, "Hay una gran cantidad de la mezcla que pasa a
nivel molecular. Imagínese un plato de pasta plana, como fettucine,
como el polímero donante y luego añada "carne picada", o
una molécula aceptora redonda, y revuelva todo junto. Esa es su
celda solar. Lo que queremos medir, y lo que importa en términos de
eficiencia, es si la parte plana de los abrazos fettuccine, las
piezas redondas de carne - en orientación de cara - o si el
fettuccine esta más orientadas al azar, o en el peor de los casos,
sólo los bordes estrechos de la pasta apilados tocan la carne en la
orientación de canto. Es un problema complicado.
"Esta investigación
nos da un método para medir la orientación molecular, y nos
permitirá descubrir lo que los efectos de la orientación son y como
la orientación la podemos estar afinando o controlandola."
Fuente:
NC State University.
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