Este mecanismo mejora la captación de energía y puede traer nuevos paneles solares del grosor de una hoja de papel, flexibles como una tela y capaces de alimentarse a sí mismos
Un nuevo material descubierto por investigadores de la Universidad de Cambridge promete transformar radicalmente la obtención de energía solar, simplificando el proceso y eliminando la necesidad de estructuras complejas y costosas. El compuesto puede emitir luz y generar electricidad al mismo tiempo, lo que permitiría crear paneles solares más ligeros, flexibles y baratos y llevar la energía fotovoltaica a regiones donde los paneles de silicio resultan prohibitivos. Además, puede traer una nueva generación de sensores que se alimenten a sí mismos, dispositivos médicos portátiles o incluso pantallas OLED que se recargan con luz solar sin cables.
El hallazgo desmonta una asunción clásica de la física de materiales. Hasta ahora se pensaba que los semiconductores orgánicos necesitaban trabajar en parejas —un donante y un aceptor— para separar cargas eléctricas tras absorber luz. Pero los investigadores de Cambridge han demostrado que un material orgánico radical, el P3TTM, puede hacerlo por sí solo. Cuando absorbe un fotón, un electrón salta espontáneamente a una molécula vecina, generando una corriente utilizable sin ayuda externa.
«Aquí está la verdadera magia», explicó Biwen Li, investigador principal en el Laboratorio Cavendish y uno de los autores del estudio publicado en la revista Nature Materials. «En la mayoría de los materiales orgánicos, los electrones están emparejados y no interactúan con sus vecinos. Pero en nuestro sistema, cuando las moléculas se empaquetan juntas, la interacción entre los electrones desapareados en sitios vecinos los anima a alinearse de forma alternada arriba y abajo, una característica distintiva del comportamiento Mott-Hubbard. Al absorber luz, uno de estos electrones salta a su vecino más cercano creando cargas positivas y negativas que pueden extraerse para dar una fotocorriente (electricidad)».
Cómo funciona
La gran ventaja de este material se encuentra en la estructura molecular del P3TTM. Cada molécula contiene un electrón desapareado que ocupa un orbital denominado SOMO. Tradicionalmente, estos radicales orgánicos se usaban solo para emitir luz en pantallas LED debido a su estabilidad y hasta ahora nadie había explorado a fondo su capacidad para generar cargas eléctricas.
Cuando las moléculas de P3TTM se juntan, sus electrones desapareados adoptan un patrón alternado que recuerda al comportamiento de los aislantes Mott-Hubbard, materiales que deberían ser conductores de electricidad, pero en la práctica se comportan como aislantes debido a la fuerte repulsión entre los electrones. Este fenómeno solo le había observado hasta ahora solo en óxidos metálicos inorgánicos, pero los investigadores lo han encontrado también en el P3TTM.
El equipo confirmó el fenómeno usando espectroscopia, una técnica que estudia la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, analizando cómo la materia absorbe, emite o dispersa la luz. El equipo construyó una célula solar utilizando una fina película de P3TTM. Cuando se expuso a la luz, el dispositivo alcanzó una eficiencia de recolección de carga casi perfecta, lo que significa que casi todos los fotones entrantes se convirtieron en corriente eléctrica utilizable.
El camino hasta la industria
Los radicales orgánicos ya se exploran en computación cuántica o la espintrónica (que aprovecha el espín del electrón, además de su carga eléctrica, para procesar, almacenar y transmitir información de forma más eficiente), unos campos donde el control preciso de las interacciones entre carga y espín resulta crucial. Inducir separación de cargas directamente dentro de un sistema radical podría hacer que estas tecnologías sean más eficientes y tengan menos fallos.
«No solo estamos mejorando diseños antiguos», explica el Dr. Hugo Bronstein, coautor y profesor de materiales funcionales en Cambridge. «Estamos escribiendo un nuevo capítulo del libro de texto, demostrando que los materiales orgánicos son capaces de generar cargas por sí mismos».
Fuente: elconfidencial.com