- Los complejos metálicos Spin-Flip capturan excitones duplicados producidos mediante fisión singlete.
- Los experimentos de prueba de concepto han alcanzado rendimientos cuánticos del 110% a aproximadamente el 130%
- La integración de estado sólido es necesaria antes de su uso en dispositivos solares prácticos
Investigadores japoneses han encontrado una manera de capturar el exceso de energía de la luz solar utilizando un sistema a base de metal que reduce la pérdida de calor durante la conversión.
El trabajo se centra en una estructura química conocida como emisor spin-flip, hecha de molibdeno, que captura la energía múltiple generada durante un proceso llamado fisión singlete.
La investigación fue llevada a cabo por la Universidad Kyushu de Japón en colaboración con la Universidad Johannes Gutenberg (JGU) de Mainz de Alemania. Se publican los resultados Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
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La energía se ‘roba’ fácilmente
Las células solares ya convierten la luz solar en electricidad, pero como sólo una fracción de la energía disponible se vuelve utilizable, los científicos están buscando formas de exprimir más la misma luz entrante.
Un techo conocido desde hace mucho tiempo proviene del desajuste entre la energía de los fotones y la reactividad de los semiconductores, lo que significa que algunos fotones no logran activar electrones mientras que otros pierden el exceso de energía en forma de calor.
Este límite de eficiencia, conocido como límite de Shockley-Queisser, ha llevado a los investigadores a explorar métodos que reutilicen la energía perdida en lugar de desperdiciarla.
“Tenemos dos estrategias principales para superar este límite”, afirmó Yoichi Sasaki, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Kyushu. “Una es convertir fotones infrarrojos de baja energía en fotones visibles de alta energía. La otra, que exploramos aquí, es usar SF para crear dos excitones a partir de un solo fotón excitón”.
La fisión singlete, descrita por los investigadores como una “tecnología de ensueño” para la conversión de la luz, desempeña un papel central en el experimento porque permite que una excitación de alta energía se divida en dos de menor energía, duplicando teóricamente el número de portadores de energía utilizables.
Capturar estos excitones duplicados ha sido un problema difícil, ya que los procesos de transferencia de energía en competencia pueden redirigir la energía antes de que sea efectiva.
El equipo resolvió ese obstáculo combinando materiales de fisión simples con un emisor spin-flip de infrarrojo cercano basado en molibdeno sintonizado para absorber estados de energía triplete específicos.
“La energía puede ser ‘robada’ fácilmente mediante un proceso llamado transferencia de energía por resonancia de Förster (FRET) antes de que ocurra la multiplicación”, dijo Sasaki. “Así que necesitábamos un captador de energía que capturara selectivamente los excitones tripletes multiplicados después de la fisión”.
Los experimentos que utilizaron materiales a base de tetraceno en solución produjeron rendimientos cuánticos de sólo entre el 110% y aproximadamente el 130%, lo que significa que en condiciones de laboratorio se produjeron más portadores de energía que los fotones entrantes absorbidos.
Los resultados se limitan a probar soluciones en lugar de dispositivos solares completos, lo que significa que las aplicaciones prácticas aún dependen de traducir la química en sólidos compatibles con paneles funcionales.
El trabajo futuro se centrará en la integración de estos materiales en sistemas de estado sólido donde se pueda probar la eficiencia de la transferencia de energía en condiciones cercanas al funcionamiento real de las células solares.
Los investigadores señalan aplicaciones potenciales más allá de los paneles solares, incluidas tecnologías de iluminación como los OLED, donde el comportamiento de los excitones juega un papel importante en el rendimiento de la conducción.
a través de Universidad de Kyushu
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