A espectroscopia de fotoelétrons com bomba visível / raios-X monitora a migração de excitons e a geração de carga em uma heterojunção molecular entre um doador de cobre-ftalocianina (CuPc) e um doador à base de fulereno (C 60 ) aceitante. Excitons singletes na região interfacial (azul) dominam a geração de carga nas escalas de tempo mais curtas. Em escalas de tempo mais longas, Contudo, Excitons triplos de excitações dentro do material a granel (vermelho) contribuem com a maioria das cargas geradas, em última análise, dominando o rendimento médio da geração de carga com base no tempo. Crédito:Friedrich Roth, Instituto de Física Experimental, TU Bergakademie Freiberg
Dispositivos de última geração baseados em materiais moleculares têm o potencial de usar a luz solar com eficiência para produzir eletricidade ou para conduzir reações químicas. Em contraste com as células solares comerciais, onde a absorção de luz gera diretamente carga que pode ser extraída como eletricidade, a absorção de luz por materiais moleculares cria estados energéticos não carregados chamados excitons. O truque para fazer um dispositivo eficaz é converter eficientemente os excitons em carga. Este estudo descobriu um novo mecanismo para criar carga de excitons. Seguindo excitons em um modelo de material molecular, uma equipe descobriu que os excitons de energia mais baixa produzidos profundamente na massa desempenham um papel maior na geração de carga do que se pensava anteriormente.
O estudo da equipe mostra que um anteriormente negligenciado, o caminho mais lento cria a maior parte da carga na interface. Essa percepção mostra um caminho que os cientistas devem considerar ao projetar a eletrônica molecular. O estudo também fornece valores de referência absolutos para o projeto de interfaces especializadas que convertem luz em carga de maneira eficiente.
Para projetar células solares moleculares, sensores, etc, os pesquisadores precisam saber como a luz cria eletricidade em escala atômica. Isso não é fácil porque os processos podem ocorrer em um trilionésimo de segundo (picossegundo). Os pesquisadores encontraram uma maneira, usando espectroscopia de fotoelétrons de raios-X resolvida no tempo de picossegundos e um material modelo feito de um doador de elétrons à base de cobre e um aceitador de carbono. Especificamente, eles analisaram heterojunções metal-orgânicas em um doador de cobre-ftalocianina (CuPc) e um aceitador à base de fulereno (C60). O método permite que os cientistas estudem como os excitons migram através do material e se dissociam em cargas separadas que são úteis para aplicações eletrônicas ou químicas. Seus resultados mudaram a forma como os cientistas pensam sobre a energia deste material. A visão anterior focava nos excitons de alta energia, conhecido como excitons singlet, que são gerados diretamente pela luz. Os pesquisadores pensaram que os excitons singletes criados onde os materiais doador e aceitador se encontram geram a maior parte da eletricidade. Não tão. Formação mais lenta, Os excitons tripletos de baixa energia que se formam na maior parte do material à base de cobre contribuem com a maior parte da carga em uma base de tempo médio.
O estudo oferece novos insights sobre a migração de excitons e geração de carga nesses materiais. Também, fornece valores de referência absolutos para o design de CuPc-C 60 heterojunções para conversão eficiente de luz para carga.
