Pesquisadores da Purdue University identificaram o mecanismo que permite que as células solares orgânicas criem uma carga, resolvendo um quebra-cabeça de longa data na física, de acordo com um artigo publicado sexta-feira (12 de janeiro) na revista Avanços da Ciência .

As células solares orgânicas são construídas com moléculas macias, enquanto as células solares inorgânicas, frequentemente à base de silício, são construídos com materiais mais rígidos. As células de silício atualmente dominam a indústria, mas eles são caros e rígidos, enquanto as células orgânicas têm o potencial de serem leves, flexível e barato. A desvantagem é que criar uma corrente elétrica em células orgânicas é muito mais difícil.

Para criar uma corrente elétrica, duas partículas, um com carga negativa (elétron) e outro com carga positiva (buraco do elétron), devem se separar apesar de estarem fortemente unidos. Essas duas partículas, que juntos formam um exciton, geralmente requerem uma interface feita pelo homem para separá-los. A interface atrai o elétron através de um aceitador de elétrons e deixa o buraco para trás. Mesmo com a interface instalada, o elétron e o buraco ainda são atraídos um pelo outro - há outro mecanismo que os ajuda a se separarem.

"Descobrimos que este tipo de interface elétron-buraco não é um único estado estático. O elétron e o buraco podem estar distantes ou próximos, e quanto mais distantes eles estão, é mais provável que se separem, "disse Libai Huang, professor assistente de química no Purdue's College of Science, quem liderou a pesquisa. "Quando eles estão distantes, eles são muito móveis, e eles podem se mover muito rápido. Achamos que esse tipo de movimento rápido entre a carga positiva e a negativa é o que está causando a separação nessas interfaces. "

As células solares orgânicas são difíceis de estudar porque são confusas - parecem uma tigela de espaguete, disse Huang. Existem muitas interfaces para olhar e são muito pequenas.

"É realmente difícil fazer espectroscopia óptica nessa escala de comprimento. Esses estados também não vivem muito, então você precisa de uma resolução de tempo muito curta, "disse Huang." Nós desenvolvemos esta ferramenta chamada microscopia ultrarrápida, na qual combinamos tempo e resolução espacial para basicamente observar os processos que acontecem em escalas de tempo rápidas em coisas muito pequenas. "

Mesmo assim, a resolução espacial não é boa o suficiente, então o laboratório de Huang criou um grande, interface bidimensional para criar ordem no arranjo caótico das moléculas. A solução para o problema é dupla, ela disse:microscopia ultrarrápida e a interface.

Saber como os excitons se separam pode ajudar os pesquisadores a projetar novas interfaces para células solares orgânicas. Também pode significar que há materiais para construir células solares que ainda precisam ser aproveitados, disse Huang.