p Usando um análogo bio-mimetizador de uma das estruturas de captação de luz mais eficientes da natureza, folhas de grama, uma equipe de pesquisa internacional liderada por Alejandro Briseno, da Universidade de Massachusetts Amherst, deu um passo importante no desenvolvimento da tão procurada arquitetura de polímero para aumentar a eficiência de conversão de energia de luz em eletricidade para uso em dispositivos eletrônicos. p Briseno, com colegas e alunos de graduação na UMass Amherst e outros na Universidade de Stanford e na Universidade de Tecnologia de Dresden, Alemanha, relatório na edição atual de Nano Letras que usando nanopilares orgânicos monocristalinos, ou "nanograss, "eles encontraram uma maneira de contornar becos sem saída, ou vias descontínuas, que representam uma séria desvantagem ao usar sistemas combinados conhecidos como doador-aceitador de heterojunção em massa, ou positivo-negativo (p-n), junções para a captação de energia em células solares orgânicas.

p O grupo de pesquisa de Briseno é um dos poucos no mundo a projetar e cultivar junções p-n de cristal único orgânico. Ele diz, "Este trabalho é um grande avanço no campo das células solares orgânicas porque desenvolvemos o que o campo considera a arquitetura do 'Santo Graal' para coletar luz e convertê-la em eletricidade." O avanço no controle da morfologia deve ter amplo uso em células solares, baterias e transistores verticais, ele adiciona.

p Briseno explica, "Durante décadas, os cientistas e engenheiros fizeram um grande esforço para tentar controlar a morfologia das interfaces de junção p-n em células solares orgânicas. Relatamos aqui que finalmente desenvolvemos a arquitetura ideal composta de nanopilares verticais de cristal único orgânico." Nanopilares são nanoescala, superfícies projetadas com bilhões de postes orgânicos que se assemelham a folhas de grama, e, como as lâminas de grama, são particularmente eficazes na conversão de luz em energia.

p O avanço não aborda apenas o problema de becos sem saída ou vias descontínuas que tornam a transferência de energia ineficiente, mas também resolve alguns problemas de instabilidade, onde os materiais em misturas de polímeros tendem a perder seu comportamento de fase separada ao longo do tempo, degradante transferência de energia, o químico de polímero diz. Também, materiais em sistemas misturados tendem a ser amorfos a semicristalinos na melhor das hipóteses e "esta é uma desvantagem, uma vez que o transporte de carga é mais eficiente em sistemas altamente cristalinos."

p Especificamente, para controlar a orientação molecular e empacotamento nas superfícies do eletrodo, a equipe combinou conhecimento sobre grafeno e cristais orgânicos. Embora fosse difícil, Briseno diz, eles conseguiram os compostos necessários para empilhar como moedas. Os compostos empilhados são ideais para o transporte de carga, uma vez que esta configuração tem a maior anisotropia de transporte de carga. A anisotropia de transporte de carga é um fenômeno em que os elétrons fluem mais rápido ao longo de uma direção cristalográfica específica devido às interações molécula-molécula próximas. Nesse caso, a anisotropia está ao longo do nanopilar, perpendicular ao substrato.

p Briseno diz, "O maior desafio na produção dessa arquitetura foi encontrar o substrato apropriado que permitiria às moléculas empilhar verticalmente. Tínhamos explorado essencialmente todos os substratos possíveis até que finalmente obtivemos sucesso com o grafeno, " ele adiciona, o que aconteceu por acidente quando um estudante de graduação escolheu o substrato errado para cultivar cristais.

p "Por mais de uma semana, o aluno estava criando cristais verticais e nem percebemos até que fotografamos a superfície do substrato com um microscópio eletrônico de varredura. Ficamos chocados ao ver pequenos cristais em pé! No final, otimizamos as condições e determinamos o mecanismo de cristalização, "acrescenta o químico do polímero.

p Nanopilares verticais são geometrias ideais para contornar esses desafios, Briseno diz, "porque a separação / coleta de carga é mais eficiente perpendicular ao dispositivo de plástico. Neste caso, nossos nanopilares se assemelham muito a nanogramas. Nossos sistemas compartilham atributos semelhantes de grama, como sistema de matriz de alta densidade, orientações verticais e a capacidade de converter luz em energia com eficiência. "

p A técnica é simples, barato e aplicável a uma biblioteca de compostos doadores e aceitadores que estão disponíveis comercialmente, ele observa. "Imaginamos que nossas células solares nanopilares atrairão aplicações de energia de baixo custo, como aparelhos, brinquedos, sensores e dispositivos descartáveis ​​de curta duração. "