Material para célula solar gera dois elétrons para cada fóton

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/08/2019

Estes dados de campos magnéticos mostram a formação e decaimento dos excitons gerados pela fissão de singletos.
[Imagem: A. Asadpoor Darvish/McCamey Lab]

Célula solar turbinada

Todos os modernos painéis solares operam pelo mesmo processo - um fóton de luz gera um exciton, uma quasipartícula composta pela associação entre uma carga negativa e uma carga positiva, e esse exciton pode então ser convertido em corrente elétrica, liberando um elétron.

No entanto, existem algumas moléculas que têm a capacidade de gerar dois excitons a partir de cada fóton - um processo chamado de fissão de singleto. Tirando proveito da fissão de singleto, células solares capazes de produzir dois elétrons para cada fóton foram demonstrados já em 2013, prometendo uma nova geração de painéis solares mais eficientes.

Um dos maiores desafios para tornar realidade essas promessas, porém, é que os dois excitons viviam por períodos de tempo por curtos, na casa das dezenas de nanossegundos, dificultando sua colheita na forma de eletricidade.

Andrew Pun e colegas da Universidade de Colúmbia, nos EUA, sintetizaram agora moléculas orgânicas capazes de gerar dois excitons que podem viver por muito mais tempo - mais de mil vezes mais - do que aqueles gerados a partir mesmo de dispositivos inorgânicos.

Com um tempo de vida na faixa dos 20 microssegundos, esses excitons permitem uma amplificação efetiva da eletricidade gerada por fóton por uma célula solar.

"Nós desenvolvemos uma nova regra de projeto para materiais de fissão de singleto. Isso nos levou a desenvolver os materiais de fissão de singleto intramoleculares mais eficientes e tecnologicamente úteis até hoje. Essas melhorias abrirão a porta para células solares mais eficientes," disse o professor Luis Campos, líder da equipe.

E este avanço poderá ser usado não só na produção de energia solar, mas também em processos fotocatalíticos em química, sensores e imagens. Além disso, os excitons podem ser usados para iniciar reações químicas, que podem ser usadas pela indústria para fazer medicamentos, plásticos e muitos outros tipos de produtos químicos de consumo.

Bibliografia:

Artigo: Ultra-fast intramolecular singlet fission to persistent multiexcitons by molecular design
Autores: Andrew B. Pun, Amir Asadpoordarvish, Elango Kumarasamy, Murad J. Y. Tayebjee, Daniel Niesner, Dane R. McCamey, Samuel N. Sanders, Luis M. Campos, Matthew Y. Sfeir
Revista: Nature Chemistry
DOI: 10.1038/s41557-019-0297-7