p Físicos da Universidade Rutgers descobriram novas propriedades em um material que pode resultar em células solares de plástico eficientes e baratas para a produção de eletricidade livre de poluição. p A descoberta, postado online e programado para publicação em uma próxima edição da revista Materiais da Natureza , revela que as partículas transportadoras de energia geradas por pacotes de luz podem viajar na ordem de mil vezes mais longe em semicondutores orgânicos (baseados em carbono) do que os cientistas observaram anteriormente. Isso aumenta as esperanças dos cientistas de que as células solares baseadas nesta tecnologia emergente possam um dia ultrapassar as células solares de silício em custo e desempenho, aumentando assim a praticidade da eletricidade gerada pelo sol como uma fonte de energia alternativa aos combustíveis fósseis.

p "Semicondutores orgânicos são promissores para células solares e outros usos, como monitores de vídeo, porque podem ser fabricados em grandes folhas de plástico, "disse Vitaly Podzorov, professor assistente de Física na Rutgers. "Mas sua limitada eficiência de conversão fotovoltaica os impediu. Esperamos que nossa descoberta estimule mais desenvolvimento e progresso."

p Podzorov e seus colegas observaram que excitons - partículas que se formam quando materiais semicondutores absorvem fótons, ou partículas de luz - podem viajar mil vezes mais longe em um semicondutor orgânico cristalino extremamente puro chamado rubrene. Até agora, Os excitons costumam viajar menos de 20 nanômetros - bilionésimos de um metro - em semicondutores orgânicos.

p "Esta é a primeira vez que observamos excitons migrando alguns mícrons, "disse Podzorov, observando que mediram comprimentos de difusão de dois a oito mícrons, ou milionésimos de um metro. Isso é semelhante à difusão de excitons em materiais inorgânicos de células solares, como silício e arseneto de gálio.

p "Uma vez que a distância de difusão do exciton se torna comparável ao comprimento de absorção de luz, você pode coletar a maior parte da luz solar para conversão de energia, " ele disse.

p Excitons são entidades parecidas com partículas que consistem em um elétron e um buraco de elétron (uma carga positiva atribuída à ausência de um elétron). Eles podem gerar uma fotovoltagem quando atingem um limite ou junção de semicondutor, e os elétrons se movem para um lado e os buracos se movem para o outro lado da junção. Se os excitons se difundirem apenas dezenas de nanômetros, apenas aqueles mais próximos das junções ou limites geram fotovoltagem. Isso explica as baixas eficiências de conversão elétrica nas células solares orgânicas de hoje.

p "Agora perdemos 99 por cento da luz solar, "Podzorov observou.

p Embora os cristais rubrene extremamente puros fabricados pelos físicos de Rutgers sejam adequados apenas para pesquisas de laboratório neste momento, a pesquisa mostra que o gargalo da difusão de excitons não é uma limitação intrínseca dos semicondutores orgânicos. O desenvolvimento contínuo pode resultar em materiais mais eficientes e manufaturáveis.

p Os cientistas descobriram que os excitons em seus cristais de rubrene se comportavam mais como os excitons observados em cristais inorgânicos - uma forma deslocalizada conhecida como Wannier-Mott, ou WM, excitons. Os cientistas acreditavam que apenas a forma mais localizada de excitons, chamados excitons de Frenkel, estavam presentes em semicondutores orgânicos. Os excitons WM se movem mais rapidamente através das redes cristalinas, resultando em melhores propriedades optoeletrônicas.

p Podzorov observou que a pesquisa também produziu uma nova metodologia de medição de excitons baseada em espectroscopia óptica. Uma vez que excitons não são carregados, eles são difíceis de medir usando métodos convencionais. Os pesquisadores desenvolveram uma técnica chamada espectroscopia de fotocorrente resolvida por polarização, que dissocia os excitons na superfície do cristal e revela uma grande fotocorrente. A técnica deve ser aplicável a outros materiais, Podzorov afirma.