Pesquisadores da Universidade de Columbia desenvolveram uma maneira de aproveitar mais energia da fissão singlete para aumentar a eficiência das células solares, fornecendo uma ferramenta para ajudar a impulsionar o desenvolvimento de dispositivos de próxima geração. p Em um estudo publicado este mês em Química da Natureza , a equipe detalha o projeto de moléculas orgânicas que são capazes de gerar dois excitons por fóton de luz, um processo denominado fissão singlete. Os excitons são produzidos rapidamente e podem viver por muito mais tempo do que aqueles gerados a partir de suas contrapartes inorgânicas, o que leva a uma amplificação da eletricidade gerada por fóton que é absorvida por uma célula solar.

"Desenvolvemos uma nova regra de design para materiais de fissão singlete, "disse Luís Campos, um professor associado de química e um dos três principais investigadores do estudo. "Isso nos levou a desenvolver os materiais de fissão singlete intramolecular mais eficientes e tecnologicamente úteis até hoje. Essas melhorias abrirão a porta para células solares mais eficientes."

p Todos os painéis solares modernos operam pelo mesmo processo - um fóton de luz gera um exciton, Campos explicou. O exciton pode então ser convertido em corrente elétrica. Contudo, existem algumas moléculas que podem ser implementadas em células solares que têm a capacidade de gerar dois excitons a partir de um único fóton - um processo chamado fissão singlete. Essas células solares formam a base para dispositivos de próxima geração, que ainda estão na infância. Um dos maiores desafios de trabalhar com essas moléculas, no entanto, é que os dois excitons "vivem" por períodos muito curtos de tempo (dezenas de nanossegundos), tornando difícil coletá-los como uma forma de eletricidade.

p No estudo atual, financiado em parte pelo Office of Naval Research, Campos e seus colegas projetaram moléculas orgânicas que podem gerar rapidamente dois excitons que vivem muito mais do que os sistemas de última geração. É um avanço que não pode ser usado apenas na produção de energia solar de próxima geração, mas também em processos fotocatalíticos em química, sensores, e imagem, Campos explicou, como esses excitons podem ser usados ​​para iniciar reações químicas, que pode então ser usado pela indústria para fazer medicamentos, plásticos, e muitos outros tipos de produtos químicos de consumo.

"A fissão singlete intramolecular foi demonstrada por nosso grupo e outros, mas os excitons resultantes foram gerados muito lentamente, ou não durariam muito, "Campos disse." Este trabalho é o primeiro a mostrar que a fissão singlete pode gerar rapidamente dois excitons que podem viver por muito tempo. Isso abre a porta para estudar fundamentalmente como esses excitons se comportam quando se assentam em moléculas individuais, e também para entender como eles podem ser colocados para funcionar de forma eficiente em dispositivos que se beneficiam de sinais amplificados por luz. "

A estratégia de design da equipe também deve ser útil em áreas separadas de estudo científico e ter muitas outras aplicações ainda inimagináveis, ele adicionou.