p Quatro pulsos de luz laser em fotocélulas de nanopartículas em um experimento de espectroscopia da Universidade de Oregon abriu uma janela sobre como a luz solar capturada pode ser convertida em eletricidade. p O trabalho, que potencialmente poderia inspirar dispositivos com maior eficiência na conversão de energia solar, foi realizado em fotocélulas que usaram pontos quânticos de sulfeto de chumbo como material semicondutor fotoativo. A pesquisa é detalhada em artigo colocado online pela revista. Nature Communications .

p No processo estudado, cada único fóton, ou partícula de luz solar, que é absorvido potencialmente cria múltiplos pacotes de energia chamados excitons. Esses pacotes podem, subsequentemente, gerar vários elétrons livres que geram eletricidade em um processo conhecido como geração múltipla de excitons (MEG). Na maioria das células solares, cada fóton absorvido cria apenas um elétron livre potencial.

p A geração de múltiplos excitons é interessante porque pode levar a células solares que geram mais corrente elétrica e as tornam mais eficientes. O trabalho do UO traz uma nova luz sobre o pouco compreendido processo de MEG em nanomateriais.

p Embora a importância potencial do MEG na conversão de energia solar esteja em debate por cientistas, o experimento de espectroscopia UO - adaptado em colaboração com cientistas da Universidade Lund da Suécia - deve ser útil para estudar muitos outros processos em nanomateriais fotovoltaicos, disse Andrew H. Marcus, professor de físico-química e chefe do Departamento de Química e Bioquímica da UO.

p Experimentos espectroscópicos previamente projetados por Marcus para realizar espectroscopia de fluorescência bidimensional de moléculas biológicas foram adaptados para medir também a fotocorrente. "A espectroscopia tem tudo a ver com luz e moléculas e o que elas fazem juntas, "Marcus disse." É uma sonda realmente ótima que nos ajuda a nos contar sobre a via de reação que conecta o início de um processo químico ou físico ao seu fim.

p "A abordagem é semelhante a observar como as moléculas se juntam no DNA, mas em vez disso, olhamos para as interações dentro de materiais semicondutores, "disse Marcus, uma afiliada do Instituto de Biologia Molecular da UO, Materials Science Institute e Oregon Center for Optics. "Nosso método tornou possível observar as vias eletrônicas envolvidas na criação de múltiplos excitons. A existência desse fenômeno só foi inferida por meio de evidências indiretas. Acreditamos ter visto os passos iniciais que levam à fotocondutividade mediada por MEG."

p O sequenciamento controlado de pulsos de laser permitiu que a equipe de pesquisa de sete membros visse - em femtossegundos (um femtossegundo é um milionésimo de um bilionésimo de segundo) - a chegada da luz, sua interação com elétrons em repouso e a conversão subsequente em múltiplos excitons. O uso combinado de espectroscopia bidimensional de fotocorrente e fluorescência, Marcus disse, forneceram informações complementares sobre a via de reação.

p Mark C. Lonergan, coautor de UO, professor de química física e de materiais, que estuda fenômenos elétricos e eletroquímicos em sistemas de estado sólido, comparou os processos observados a pessoas se movendo por um labirinto de milho que tem uma entrada e três saídas.

p As pessoas que entram no labirinto são fótons. Aqueles que saem rapidamente representam fótons absorvidos que geram calor inutilizável. As pessoas que saem da segunda saída representam outros fótons absorvidos que geram fluorescência, mas não elétrons livres utilizáveis. Pessoas saindo pela saída final significam corrente elétrica utilizável.

p "A questão que nos interessa é exatamente como é o labirinto, "Lonergan disse." O problema é que não temos boas técnicas para olhar dentro do labirinto e descobrir os possíveis caminhos através dele. As técnicas que Andy desenvolveu basicamente nos permitem ver o labirinto, codificando o que está saindo do sistema em termos de exatamente o que está acontecendo. Podemos visualizar o que está acontecendo, se duas pessoas entrando no labirinto apertaram as mãos em algum momento e detalhes sobre o caminho que os levou a sair pela saída de eletricidade. "

p O projeto começou quando Tonu Pullerits, que estuda fotoquímica ultrarrápida em materiais moleculares semicondutores na Universidade de Lund, abordou Marcus sobre a adoção de seu sistema espectroscópico para observar materiais solares. Khadga J. Karki, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Pullerits, em seguida, visitou o UO e juntou-se aos grupos de Marcus e Lonergan para reconfigurar o equipamento.