Os raios solares são abundantes, fonte limpa de energia que está se tornando cada vez mais importante à medida que o mundo trabalha para se afastar de fontes de energia que contribuem para o aquecimento global. Mas os métodos atuais de coleta de cargas solares são caros e ineficientes - com um limite teórico de eficiência de 33 por cento. Novos nanomateriais desenvolvidos por pesquisadores do Advanced Science Research Center (ASRC) no The Graduate Center da City University of New York (CUNY) podem fornecer um caminho para uma colheita mais eficiente e potencialmente acessível de energia solar.

Os materiais, criado por cientistas com a Iniciativa de Nanociência do ASRC, use um processo chamado fissão singlete para produzir e estender a vida útil dos elétrons gerados pela luz coletável. A descoberta é descrita em um artigo recém-publicado no Journal of Physical Chemistry . Pesquisas iniciais sugerem que esses materiais podem criar cargas mais utilizáveis ​​e aumentar a eficiência teórica das células solares em até 44%.

"Modificamos algumas das moléculas em corantes industriais comumente usados ​​para criar materiais de automontagem que facilitam um maior rendimento de elétrons coletáveis ​​e estendem a vida dos elétrons no estado excitado, dando-nos mais tempo para coletá-los em uma célula solar, "disse Andrew Levine, autor principal do artigo e Ph.D. aluno do The Graduate Center.

O processo de automontagem, Levine explicou, faz com que as moléculas de corante se empilhem de uma maneira particular. Esse empilhamento permite que os corantes que absorveram fótons solares se acoplem e compartilhem energia - ou "excitem" - os corantes vizinhos. Os elétrons nesses corantes então se desacoplam para que possam ser coletados como energia solar captável.

Metodologia e Resultados

Para desenvolver os materiais, os pesquisadores combinaram várias versões de dois corantes industriais freqüentemente usados ​​- dicetopirrolopirrol (DPP) e rileno. Isso resultou na formação de seis superestruturas automontáveis, que os cientistas investigaram usando microscopia eletrônica e espectroscopia avançada. Eles descobriram que cada combinação tinha diferenças sutis na geometria que afetavam os estados excitados dos corantes, a ocorrência de fissão singlete, e o rendimento e a vida útil dos elétrons colhíveis. Significado

“Este trabalho nos fornece uma biblioteca de nanomateriais que podemos estudar para a captação de energia solar, "disse o professor Adam Braunschweig, pesquisador principal do estudo e professor associado da ASRC Nanoscience Initiative e dos Departamentos de Química do Hunter College e do The Graduate Center. "Nosso método para combinar os corantes em materiais funcionais usando a automontagem significa que podemos ajustar cuidadosamente suas propriedades e aumentar a eficiência do processo crítico de coleta de luz."

A capacidade dos materiais de se automontar também pode encurtar o tempo para a criação de células solares comercialmente viáveis, disseram os pesquisadores, e provam ser mais acessíveis do que os métodos de fabricação atuais, que dependem do processo demorado de síntese molecular.

O próximo desafio da equipe de pesquisa é desenvolver um método de coleta das cargas solares criadas por seus novos nanomateriais. Atualmente, eles estão trabalhando para projetar uma molécula de rileno que pode aceitar o elétron da molécula DPP após o processo de fissão singlete. Se for bem sucedido, esses materiais iniciariam o processo de fissão singlete e facilitariam a transferência de carga para uma célula solar.