I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia hanno scoperto che i semiconduttori di nanotubi di carbonio a parete singola potrebbero essere favorevoli per i sistemi fotovoltaici perché possono potenzialmente convertire la luce solare in elettricità o combustibili senza perdere molta energia.
La ricerca si basa sul lavoro vincitore del premio Nobel di Rudolph Marcus, che sviluppò un principio fondamentale della chimica fisica che spiega la velocità con cui un elettrone può spostarsi da una sostanza chimica all'altra. La formulazione di Marcus, però, è stato raramente utilizzato per studiare il trasferimento di elettroni fotoindotto per semiconduttori organici emergenti come i nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) che possono essere utilizzati nei dispositivi fotovoltaici organici.
Nei dispositivi fotovoltaici organici, dopo che un fotone è stato assorbito, le cariche (elettroni e lacune) generalmente devono essere separate attraverso un'interfaccia in modo che possano vivere abbastanza a lungo da essere raccolte come corrente elettrica. L'evento di trasferimento di elettroni che produce queste cariche separate comporta una potenziale perdita di energia poiché le molecole coinvolte devono riorganizzare strutturalmente i loro legami. Questa perdita è chiamata energia di riorganizzazione, ma i ricercatori del NREL hanno scoperto che si perdeva poca energia quando si accoppiavano semiconduttori SWCNT con molecole di fullerene.
"Quello che troviamo nel nostro studio è che questo particolare sistema, i nanotubi con fullereni, hanno un'energia di riorganizzazione eccezionalmente bassa e i nanotubi stessi probabilmente hanno molto, energia di riorganizzazione molto bassa, "ha detto Jeffrey Blackburn, uno scienziato senior presso NREL e coautore dell'articolo "Tuning the driving force for exciton dissociation in single-walled carbon nanotube heterojunctions".
Il documento appare nel nuovo numero della rivista Chimica della natura . Gli altri suoi coautori sono Rachelle Ihly, Kevin Mister, Andrea Ferguson, Abdia Reid, e Garry Rumbles di NREL, e Olga Boltalina, Tyler Clikeman, Bryon Larson, e Steven Strauss della Colorado State University.
I dispositivi fotovoltaici organici comportano un'interfaccia tra un donatore e un accettore. In questo caso, lo SWCNT è servito come donatore, in quanto ha donato un elettrone all'accettore (qui, il fullereno). I ricercatori NREL hanno collaborato strategicamente con i colleghi della Colorado State University per sfruttare l'esperienza di ciascuna istituzione nella produzione di donatori e accettori con livelli di energia ben definiti e altamente sintonizzabili:donatori SWCNT semiconduttori presso NREL e accettori fullereni presso CSU. Questa partnership ha permesso agli scienziati di NREL di determinare che l'evento di trasferimento di elettroni non ha comportato una grande perdita di energia associata alla riorganizzazione, il che significa che l'energia solare può essere raccolta in modo più efficiente. Per questa ragione, I semiconduttori SWCNT potrebbero essere favorevoli per le applicazioni fotovoltaiche.
