I ricercatori della Columbia University hanno sviluppato un modo per sfruttare più energia dalla fissione singoletto per aumentare l'efficienza delle celle solari, fornendo uno strumento per aiutare a portare avanti lo sviluppo di dispositivi di prossima generazione.

In uno studio pubblicato questo mese in Chimica della natura , il team dettaglia la progettazione di molecole organiche in grado di generare due eccitoni per fotone di luce, un processo chiamato fissione singoletto. Gli eccitoni sono prodotti rapidamente e possono vivere molto più a lungo di quelli generati dalle loro controparti inorganiche, che porta ad un'amplificazione dell'elettricità generata per fotone che viene assorbita da una cella solare.

"Abbiamo sviluppato una nuova regola di progettazione per i materiali di fissione singoletto, " ha detto Luis Campos, un professore associato di chimica e uno dei tre principali ricercatori dello studio. "Questo ci ha portato a sviluppare i materiali di fissione intramolecolare intramolecolare più efficienti e tecnologicamente utili fino ad oggi. Questi miglioramenti apriranno la porta a celle solari più efficienti".

Tutti i moderni pannelli solari funzionano con lo stesso processo:un fotone di luce genera un eccitone, Ha spiegato Campos. L'eccitone può quindi essere convertito in corrente elettrica. Però, ci sono alcune molecole che possono essere implementate nelle celle solari che hanno la capacità di generare due eccitoni da un singolo fotone, un processo chiamato fissione di singoletto. Queste celle solari costituiscono la base per i dispositivi di nuova generazione, che sono ancora in tenera età. Una delle maggiori sfide nel lavorare con tali molecole, anche se, è che i due eccitoni "vivono" per periodi di tempo molto brevi (decine di nanosecondi), rendendo difficile raccoglierli come una forma di elettricità.

Nello studio attuale, finanziato in parte dall'Ufficio di ricerca navale, Campos e colleghi hanno progettato molecole organiche in grado di generare rapidamente due eccitoni che vivono molto più a lungo dei sistemi all'avanguardia. È un progresso che non può essere utilizzato solo nella produzione di energia solare di prossima generazione, ma anche nei processi fotocatalitici in chimica, sensori, e immagini, Campos ha spiegato, poiché questi eccitoni possono essere utilizzati per avviare reazioni chimiche, che possono poi essere utilizzati dall'industria per produrre farmaci, plastica, e molti altri tipi di prodotti chimici di consumo.

"La fissione intramolecolare di singoletto è stata dimostrata dal nostro gruppo e da altri, ma gli eccitoni risultanti sono stati generati molto lentamente, o non dureranno molto a lungo, " Campos ha detto. "Questo lavoro è il primo a dimostrare che la fissione singoletto può generare rapidamente due eccitoni che possono vivere per un tempo molto lungo. Questo apre la porta allo studio fondamentale di come si comportano questi eccitoni quando si siedono su singole molecole, e anche per capire come possono essere utilizzati in modo efficiente in dispositivi che beneficiano di segnali amplificati dalla luce."

La strategia di progettazione del team dovrebbe anche rivelarsi utile in aree separate di studio scientifico e avere molte altre applicazioni ancora inimmaginabili, Ha aggiunto.