El laboratori Ames dels Estats Units ha estat capaç de captar el moment (menys d'un milmilionèsima de segon) en què una partícula de llum colpeja una cèl·lula solar i es converteix en energia.
Els científics d'aquest centre dependent del Departament d'Energia, han pogut així descriure per primera vegada la física del portador de la càrrega i el moviment de l'àtom.
La generació i dissociació de parells d'electrons i buits units, és a dir, els excitons, són processos clau en les tecnologies de cèl·lules solars i fotovoltaiques, però és difícil seguir la seva dinàmica inicial i coherència electrònica.
Utilitzant l'espectroscòpia de baixa freqüència resolta en el temps a la regió espectral dels terahertzis, els investigadors van explorar les fotoexcitacions d'una nova classe de materials fotovoltaics coneguts com perovskita d'halur organometàl·lic.
Els organometàl·lics són materials sorprenents per a la recol·lecció de la llum i els dispositius de transport electrònic, i combinen el millor de tots dos mons: el rendiment de conversió d'alta energia dels dispositius fotovoltaics inorgànics tradicionals, amb els costos econòmics de materials i mètodes de fabricació de les versions orgàniques.
"Aquests dispositius són tan nous i tan únics que el mecanisme pel qual una partícula de llum, o fotó, es converteix en portador de càrrega i com es mouen de manera concertada per a la conversió d'energia no és ben entès, i no obstant això, és el procés més fonamental en les cèl·lules solars i les tecnologies fotovoltaiques", va dir en un comunicat Jigang Wang, científic del Laboratori Ames i professor associat de física a la Universitat Estatal d'Iowa.
"Per què aquest material és tan diferent? Aquesta ha estat la gran pregunta en la comunitat científica, i ha portat a una febre d'investigació i publicació ", va explicar.
Els investigadors del laboratori Ames van voler saber no només com la generació i la dissociació dels parells enllaçats d'electró i buit, és a dir els excitons, van succeir en el material, sinó que també van voler descobrir les rutes quàntiques i l'interval de temps d'aquest esdeveniment.
"Si s'observa el procés natural, en la fotosíntesi, és un procés extremadament eficient en algunes molècules biològiques, de manera que també és molt coherent. Veiem el mateix en un sistema artificial de làser: un làser oscil·la en un patró d'ona fixa", va dir Wang. “Si podem mesurar tal memòria en el transport de càrrega i la migració d'energia en aquests materials, podem entendre-ho i controlar-ho, i tenim el potencial de millorar-aprenent de la mare natura".
Els multímetres convencionals per mesurar estats elèctrics en materials no funcionen per a mesurar excitons, que són quasi partícules elèctricament neutres sense corrent zero. Les tècniques d'espectroscòpia ultraràpides a terahertzis van proporcionar una sonda sense contacte que va ser capaç de seguir les seves estructures internes, i quantificar la transició fotó a excitó amb resolució en el temps millor que una milmilionèsima de segon.
Wang va acreditar les contribucions d'investigadors de múltiples àrees d'especialització en el Laboratori Ames amb la importància del descobriment. "Això només va ser possible amb la col·laboració d'experts en disseny i fabricació de materials, teoria computacional i espectroscòpia", va dir. "Tenir aquestes capacitats en un sol lloc és el que fa que Ames sigui un dels llocs més avançats en aquest tipus d'investigació de materials fotònics".
Font: El Periódico de la Energia
