I ricercatori della Purdue University hanno identificato il meccanismo che consente alle celle solari organiche di creare una carica, risolvere un vecchio enigma della fisica, secondo un articolo pubblicato venerdì (12 gennaio) sulla rivista Progressi scientifici .

Le celle solari organiche sono costruite con molecole morbide, mentre le celle solari inorganiche, spesso a base di silicio, sono costruiti con materiali più rigidi. Le celle al silicio attualmente dominano il settore, ma sono costosi e rigidi, mentre le cellule organiche hanno il potenziale per essere leggere, flessibile ed economico. Lo svantaggio è che creare una corrente elettrica nelle cellule organiche è molto più difficile.

Per creare una corrente elettrica, due particelle, uno con carica negativa (elettrone) e uno con carica positiva (electron-hole), devono separarsi nonostante siano strettamente legati insieme. Queste due particelle, che insieme formano un eccitone, di solito richiedono un'interfaccia artificiale per separarli. L'interfaccia attira l'elettrone attraverso un accettore di elettroni e lascia il buco dietro. Anche con l'interfaccia attiva, l'elettrone e la lacuna sono ancora attratti l'uno dall'altro – c'è un altro meccanismo che li aiuta a separarsi.

"Abbiamo scoperto che questo tipo di interfaccia elettrone-lacuna non è un singolo stato statico. L'elettrone e il foro possono essere distanti o vicini tra loro, e più sono distanti, più è probabile che si separino, " ha detto Libai Huang, un assistente professore di chimica al Purdue's College of Science, che ha condotto la ricerca. "Quando sono distanti, sono in realtà molto mobili, e possono muoversi abbastanza velocemente. Pensiamo che questo tipo di movimento veloce tra la carica positiva e negativa sia ciò che sta guidando la separazione in queste interfacce".

Le celle solari organiche sono difficili da studiare perché sono disordinate:sembrano una ciotola di spaghetti, disse Huang. Ci sono molte interfacce da guardare e sono molto piccole.

"È davvero difficile fare la spettroscopia ottica su quella scala di lunghezze. Anche questi stati non vivono molto a lungo, quindi hai bisogno di una risoluzione temporale molto breve, " ha detto Huang. "Abbiamo sviluppato questo strumento chiamato microscopia ultraveloce in cui combiniamo tempo e risoluzione spaziale per osservare fondamentalmente i processi che avvengono su scale temporali veloci in cose molto piccole".

Anche allora, la risoluzione spaziale non è abbastanza buona, così il laboratorio di Huang ha creato un grande, interfaccia bidimensionale per creare ordine nella disposizione caotica delle molecole. La soluzione al problema è duplice, ha detto:microscopia ultraveloce e l'interfaccia.

Sapere come si separano gli eccitoni potrebbe aiutare i ricercatori a progettare nuove interfacce per le celle solari organiche. Potrebbe anche significare che ci sono materiali con cui costruire celle solari che devono ancora essere sfruttati, disse Huang.