Em células solares orgânicas convencionais, os elétrons exibem sua natureza de partícula e precisam saltar entre as moléculas orgânicas da célula. A condutividade é, Portanto, inferior ao das células solares de silício cristalino. Os pesquisadores conseguiram organizar as moléculas orgânicas de uma maneira altamente ordenada, como nos cristais, e invocar a natureza das ondas. As "bandas condutoras" são formadas por estados de dispersão de energia e contribuem para a alta condutividade do portador. Isso pode melhorar a eficiência total da célula.

Uma célula solar orgânica é uma luz, flexível, dispositivo de baixo custo e verde, portanto, considerado como uma semente potencial de inovação na indústria de energia renovável. A eficiência de conversão de energia da célula solar orgânica é, Contudo, inferiores às das células solares de silício contemporâneas.

Em células solares semicondutoras, a luz é convertida em um par energizado de um elétron (portadora negativa) e um orifício (portadora positiva) na interface de "junção pn" em duas camadas semicondutoras da célula. Moléculas doadoras (espaçamento de elétrons; tipo p) e aceitadoras (captura de elétrons; tipo n) em cada camada dos semicondutores se enfrentam como a junção p / n ideal. Para aumentar o número dessas "baterias" solares na célula, uma grande área de junção pn é necessária, de modo que uma junção pn "bulkhetero" complicada, que é uma interface dobrada como pregas, foi desenvolvido. Em uma estrutura tão complicada como um labirinto, os portadores gerados são difíceis de alcançar os eletrodos de saída da célula porque as moléculas são arranjadas de maneira aproximada, em outras palavras, a cristalinidade é baixa (Fig. 1 (a)). Para realizar um transporte de alta eficiência, o transportador, um elétron ou um buraco, deve se deslocar entre as moléculas como uma onda de matéria (Fig. 1 (b)). O arranjo ordenado das moléculas revela a natureza ondulatória dos carregamentos.

Pesquisadores do Institute for Molecular Science (IMS), O Instituto de Pesquisa em Radiação Síncrotron do Japão (JASRI) e a Universidade de Ciência de Tóquio conseguiram fabricar a junção pn de semicondutor orgânico com alta cristalinidade. No processo de fabricação da junção, as moléculas aceitadoras (perfluoropentaceno) foram depositadas de forma bem ordenada no cristal único das moléculas doadoras (pentaceno) pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). As estruturas eletrônicas da junção pn cristalina foram observadas por espectroscopia de fotoelétrons com resolução angular e mostraram que a camada das moléculas aceitadoras forma a banda de valência que é evidência da invocação da natureza de onda. O resultado do presente estudo mostra que o MBE facilita a fabricação da junção pn cristalina que pode revelar a natureza ondulatória tanto dos elétrons quanto dos buracos.

As funções dos semicondutores orgânicos podem ser ajustadas projetando as estruturas das moléculas orgânicas constituintes. A tecnologia de fabricação das junções pn cristalinas usando uma variedade de moléculas orgânicas nos permite concretizar o novo conceito de células solares orgânicas com alta eficiência de conversão de energia.