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    Fenômeno quântico governa as células solares orgânicas

    Qingzhen Bian, Linkoping University Crédito:Magnus Johansson

    Pesquisadores da Linköping University descobriram um fenômeno quântico que influencia a formação de cargas livres nas células solares orgânicas. "Se pudermos entender corretamente o que está acontecendo, podemos aumentar a eficiência, "diz Olle Inganäs, professor emérito.

    O estudante de doutorado Qingzhen Bian obteve resultados inesperados quando montou um experimento para otimizar um material de célula solar que consiste em dois polímeros que absorvem luz e um material aceitador. Olle Inganäs, O professor emérito da Divisão de Eletrônica Biomolecular e Orgânica pediu que ele repetisse o experimento para eliminar a possibilidade de erros de medição. Tempo após tempo, e em experimentos realizados tanto na LiU quanto por colegas em Lund, a mesma coisa aconteceu:uma minúscula forma de onda periódica com duração de algumas centenas de femtossegundos apareceu na assinatura da absorção óptica como uma fotocorrente formada no material da célula solar. O que estava acontecendo?

    A explicação foi publicada em Nature Communications .

    Alguns antecedentes:quando a luz na forma de fótons é absorvida por um polímero semicondutor, um exciton se forma. Excitons são pares de buracos de elétrons ligados no polímero. Os elétrons não são liberados, e o transporte de cargas, a fotocorrente, não surge. Quando o polímero doador de elétrons é misturado com uma molécula que aceita elétrons, os elétrons podem ser liberados. Os elétrons, então, só precisam dar um pequeno salto para se tornarem livres, e a perda de energia é reduzida ao mínimo. Os buracos e os elétrons transportam a fotocorrente e a célula solar começa a produzir eletricidade.

    Isso é conhecido há muito tempo. Contudo, a notável forma de onda então apareceu no experimento de Qingzhen Bian.

    "A única explicação concebível é que surge a coerência entre o sistema excitado e as cargas separadas. Pedimos aos químicos quânticos que investigassem isso e os resultados que obtemos em experimentos repetidos concordam bem com seus cálculos, "diz Olle Inganäs.

    Na escala quântica, átomos vibram, e vibram mais rápido quando são aquecidos. São essas vibrações que interagem umas com as outras de alguma forma e com o sistema excitado de elétrons:as fases das ondas se sucedem e surge um estado de coerência.

    "A coerência ajuda a criar as cargas que dão a fotocorrente, que ocorre à temperatura ambiente. Mas não sabemos por que ou como ainda, "diz Olle Inganäs.

    A mesma coerência quântica é encontrada no mundo biológico.

    "Um intenso debate está em andamento entre os pesquisadores de biofísica se os sistemas que usam a fotossíntese aprenderam a explorar a coerência ou não. Acho improvável que milhões de anos de evolução não tenham resultado na exploração do fenômeno pelo mundo natural, "diz Olle Inganäs.

    "Se entendermos melhor como os portadores de carga são formados e como o processo é controlado, devemos ser capazes de usá-lo para aumentar a eficiência das células solares orgânicas. As vibrações dependem da estrutura da molécula, e se pudermos projetar moléculas que contribuam para aumentar a fotocorrente, também podemos usar o fenômeno a nosso favor, " ele diz.


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