Con una popolazione globale in crescita aumenterà il consumo di energia, e forme sostenibili di fonti energetiche come i combustibili solari e l'elettricità solare saranno ancora più richieste. E mentre queste forme di potere proliferano, l'attenzione si sposterà sul miglioramento dell'efficienza.

I fotoelettrodi e gli impianti fotovoltaici come i pannelli solari presentano spesso pellicole sottili di silicio o altro materiale semiconduttore nanostrutturato, e queste strutture includono nanoparticelle attraverso le quali deve passare la corrente generata dalla luce solare. Sebbene la composizione delle nanoparticelle offra molti vantaggi, compresi ampi rapporti superficie-volume, ha uno svantaggio significativo.

La corrente elettrica che passa da una particella all'altra subisce una perdita di potenza; se la corrente passa attraverso un numero sufficiente di queste interfacce particella-particella, la perdita totale potrebbe rendere inutilizzabile il dispositivo. Ma nessuno è stato in grado di determinare quanta potenza viene persa mentre la corrente passa da una nanoparticella all'altra, fino ad ora.

Un gruppo guidato da Peng Chen, il Peter J.W. Debye Professor nel Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica della Cornell, ha determinato che la fotocorrente perde circa il 20 percento della sua potenza mentre passa attraverso l'interfaccia. Così, il gruppo ha dichiarato la corrente che passa attraverso 11 di tali interfacce verrebbe ridotta solo al 10% della sua potenza originale.

"Riteniamo che questo fornirà un punto di riferimento per le persone che utilizzano i nanomateriali per progettare questi tipi di dispositivi, " disse Chen, autore senior di "Quantificazione della perdita di fotocorrente di una singola interfaccia particella-particella in fotoelettrodi nanostrutturati".

Il rapporto è stato pubblicato il 7 gennaio in Nano lettere , una pubblicazione dell'American Chemical Society. Altri autori includevano gli ex associati postdottorato Mahdi Hesari e Justin Sambur, attuale postdoc Xianwen Mao e Won Jung, dottorato di ricerca '18, tutti del gruppo Chen.

Per eseguire questo calcolo sperimentale, Peng e il suo gruppo hanno usato una cella microfluidica, con tre elettrodi in una soluzione elettrolitica acquosa. Uno degli elettrodi era costituito da strisce di ossido di indio e stagno (ITO); sopra o vicino ad essa sono state posizionate nanotubi di ossido di titanio, le cui proprietà fotoelettrochimiche il gruppo aveva già esaminato.

Il gruppo ha sperimentato diverse configurazioni di particelle, e ha focalizzato un raggio laser su un punto subito dopo (punti di tipo A) o appena prima (punti di tipo B) l'interfaccia in cui due nanobarre si sono toccati. Il laser che ha colpito i punti di tipo B ha inviato la carica fotoelettrica attraverso l'interfaccia particella-particella.

Prendendo dozzine di misurazioni di entrambi i tipi di comportamenti fotoelettrochimici, il gruppo ha osservato perdite di potenza in media di circa il 20%.

Sebbene Chen e il suo gruppo abbiano ora elaborato una cifra solida per calcolare la perdita di potenza nei nanomateriali, non hanno ancora capito perché questo accade. Hanno escluso fattori che dipendono dalla forza della corrente.

"Ancora non capiamo il meccanismo molecolare sottostante che porta a questa perdita del 20%, " ha detto. "Questo è qualcosa che abbiamo intenzione di perseguire in futuro, e ci richiederà essenzialmente di manipolare attivamente l'interfaccia, manipolare la natura chimica dell'interfaccia, e rieseguire le nostre misurazioni."