Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL del Departamento de Energía descubrieron que los semiconductores de nanotubos de carbono de pared simple podrían ser favorables para los sistemas fotovoltaicos porque pueden convertir la luz solar en electricidad o combustibles sin perder mucha energía.
La investigación se basa en el trabajo ganador del Premio Nobel de Rudolph Marcus, quien desarrolló un principio fundamental de la química física que explica la velocidad a la que un electrón puede moverse de un químico a otro. La formulación de Marcus, sin embargo, rara vez se ha utilizadopara estudiar la transferencia de electrones fotoinducida para semiconductores orgánicos emergentes como los nanotubos de carbono de pared simple SWCNT que se pueden usar en dispositivos fotovoltaicos orgánicos.
En los dispositivos fotovoltaicos orgánicos, después de que se absorbe un fotón, las cargas electrones y agujeros generalmente necesitan separarse a través de una interfaz para que puedan vivir lo suficiente como para ser recolectadas como corriente eléctrica. El evento de transferencia de electrones que produce estas cargas separadasviene con una pérdida de energía potencial ya que las moléculas involucradas tienen que reorganizar estructuralmente sus enlaces. Esta pérdida se llama energía de reorganización, pero los investigadores de NREL encontraron que se perdió poca energía al emparejar semiconductores SWCNT con moléculas de fullereno.
"Lo que encontramos en nuestro estudio es que este sistema en particular, los nanotubos con fullerenos, tienen una energía de reorganización excepcionalmente baja y los nanotubos en sí mismos probablemente tienen una energía de reorganización muy, muy baja", dijo Jeffrey Blackburn, científico senior de NREL ycoautor del artículo "Ajuste de la fuerza impulsora para la disociación de excitones en heterouniones de nanotubos de carbono de pared simple"
El artículo aparece en el nuevo número de la revista Química de la naturaleza . Sus otros coautores son Rachelle Ihly, Kevin Mistry, Andrew Ferguson, Obadiah Reid y Garry Rumbles de NREL, y Olga Boltalina, Tyler Clikeman, Bryon Larson y Steven Strauss de la Universidad Estatal de Colorado.
Los dispositivos PV orgánicos implican una interfaz entre un donante y un aceptador. En este caso, el SWCNT sirvió como donante, ya que donó un electrón al aceptor aquí, el fullereno. Los investigadores de NREL se asociaron estratégicamente con colegas en ColoradoState University para aprovechar la experiencia en cada institución en la producción de donantes y aceptores con niveles de energía bien definidos y altamente ajustables: donantes SWCNT semiconductores en NREL y aceptadores fullerenos en CSU. Esta asociación permitió a los científicos de NREL determinar que el evento de transferencia de electrones noNo viene con una gran pérdida de energía asociada con la reorganización, lo que significa que la energía solar se puede aprovechar de manera más eficiente. Por esta razón, los semiconductores SWCNT podrían ser favorables para las aplicaciones fotovoltaicas.
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Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Energía Renovable . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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