La importancia de la coherencia cuántica en los dispositivos fotovoltaicos orgánicos

Investigación UPV/EHU

La importancia de la coherencia cuántica en los dispositivos fotovoltaicos orgánicos

La tecnología basada en paneles de silicio requiere un proceso de fabricación muy caro y contaminante y los dispositivos orgánicos fotovoltaicos (OPV) se han situado como una de las alternativas más atractivas como sistema de captación de la energía solar.

En este campo, la investigación realizada en colaboración entre varios centros de Alemania, Italia y Francia y en la que ha participado Angel Rubio, catedrático de Física de la Materia Condensada de la Facultad de Química de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), ha hecho un descubrimiento de transcendencia al descifrar, por primera vez, los mecanismos cuánticos que originan la función fotovoltaica de estos dispositivos. La investigación se publica en Science.

Estos dispositivos orgánicos utilizan un polímero fotosensible unido a una nanoestructura de carbono que funciona como colector de corriente. Cuando la luz incide sobre el dispositivo, el polímero se excita e induce la transmisión ultrarrápida de electrones a la nanoestructura a través de un impulso electrónico en el orden del femto-segundos (fs, 10-15 segundos). Recientemente, se han hallado evidencias que confirman esa transferencia ultrarrápida, pero esta investigación ha ido más allá, al conseguir descifrar el mecanismo elemental que desencadena la transferencia electrónica entre el polímero y la nanoestructura. Las simulaciones de primeros principios en un modelo simplificado predijeron que las vibraciones coherentes son las que dictan la transferencia periódica de carga entre el polímero y la nanoestructura.

El grupo experimental corroboró esta predicción estudiando la respuesta óptica de un material común compuesto por un polímero y un fullereno mediante espectroscopia de alta resolución temporal.

Los resultados confirmaron que el acoplamiento de las vibraciones del polímero y el fullereno originan la transferencia electrónica de forma coherente y ultrarrápida (24 fs), sin la necesidad de asumir procesos incoherentes que se manifiestan en transferencias más lentas (91 fs). Estos estudios demuestran el papel primordial que juega la coherencia cuántica en los dispositivos fotovoltaicos organicos.

La investigación «abre vías a una mejora sustancial y controlada de los dispositivos orgánicos para aplicaciones fotovoltaicas», ha comentado el profesor Ángel Rubio.

Referencia:

Falke S.M., Rozzi C.A., Brida D., Maiuri M., Amato M., Sommer E., De Sio A., Rubio A., Cerullo G. & Molinari E. & Coherent ultrafast charge transfer in an organic photovoltaic blend., Science (New York, N.Y.), PMID:

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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