Los físicos de la Universidad Rutgers, han descubierto nuevas propiedades de un material que podría resultar en eficiente y barato, para células solares de plástico, para la producción de electricidad libre de la contaminación.
El descubrimiento, publicado en línea y programado para su publicación, en un próximo número de la revista Nature Materials, revela que la energía que transporta partículas generadas por los paquetes de la luz, puede viajar en el orden de mil veces más lejos en orgánicos (basados en el carbono) semiconductores, que los científicos previamente han observado. Esto aumenta las esperanzas de los científicos, que las células solares basadas en esta tecnología, en ciernes podría algún día superar a las células solares de silicio, en el costo y el rendimiento, aumentando así la viabilidad de la electricidad generada por energía solar, como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles.
"Los Semiconductores orgánicos, son prometedores para las células solares y otros usos, tales como pantallas de vídeo, ya que pueden ser fabricados en láminas de plástico grande," dijo Vitaly Podzorov, profesor asistente de física en Rutgers. "Sin embargo, su limitada eficacia de conversión fotovoltaica, ha frenado. Esperamos que nuestro descubrimiento para estimular el desarrollo y progreso."
Podzorov y sus colegas, observaron que los excitones - las partículas que se forman cuando los materiales semiconductores absorber fotones, o partículas de luz - pueden viajar miles de veces más, en un muy puro cristal semiconductor orgánico, llamado rubrene. Hasta ahora, los excitones, se observaron típicamente viajar menos de 20 nanómetros - milmillonésimas de metro - en los semiconductores orgánicos.
"Esta es la primera vez, que observamos excitones migrar unas pocas micras", dijo Podzorov, señalando que mide longitudes de difusión, desde dos hasta ocho micras, o millonésimas de metro. Esto es similar a la difusión del excitón en materiales inorgánicos, tales como células solares de silicio y arseniuro de galio.
"Una vez que la distancia de difusión excitón, es comparable a la longitud de absorción de la luz, puede obtener la mayor parte de la luz del sol para la conversión de energía", dijo.
Excitones son entidades, como la partícula-que consiste en un electrón y un agujero de electrones (carga positiva atribuido a la ausencia de un electrón). Pueden generar una foto de tensión, cuando llegan a un límite de semiconductores o de cruce, y los electrones se mueven a un lado y los agujeros de pasar al otro lado de la unión. Si excitones difusa sólo unas decenas de nanómetros, sólo los más cercanos a las uniones o límites generar foto-voltaje. Esto explica la baja eficiencia de conversión eléctrica, en las células solares orgánicas de hoy.
"Ahora perdemos el 99 por ciento de la luz solar", señaló Podzorov.
Mientras que los cristales rubrene, extremadamente puro fabricado por los físicos de Rutgers, son adecuadas sólo para la investigación de laboratorio en este momento, la investigación muestra que el cuello de botella difusión excitón, no es una limitación intrínseca de los semiconductores orgánicos. Continuando con el desarrollo podría dar lugar a materiales más eficientes y manufacturable.
Los científicos descubrieron, que los excitones en sus cristales rubrene, se comportaron más como los excitones observado en cristales inorgánicos, una forma deslocalizada conocida como Wannier-Mott, o WM, excitones. Previamente, los científicos creían que sólo la forma más localizada de excitones, llamado excitones Frenkel, estuvo presentes en los semiconductores orgánicos, excitones WM, se mueven más rápidamente a través de redes cristalinas, lo que resulta en mejores propiedades opto-electrónicos.
Podzorov, señaló que la investigación también se produce una nueva metodología de medición de excitones basado en espectroscopia óptica. Desde excitones, que son difíciles de medir con métodos convencionales. Los investigadores desarrollaron una técnica llamada polarización resuelta espectroscopia de fotocorriente, que se disocia excitones en la superficie del cristal, y revela una gran fotocorriente. La técnica debe ser aplicable a otros materiales, las reivindicaciones Podzorov.
Colaborar con Podzorov, en la investigación fue investigador postdoctoral Hikmat Najafov, los estudiantes se graduan Bumsu Lee y Zhou Qibin, y Leonard Feldman, director del Instituto de Materiales Avanzados de Rutgers, dispositivos y Nanotecnología (IAMDN). Najafov y Podzorov también están afiliados a IAMDN.
El financiamiento fue proporcionado por la División de la Fundación Nacional de Ciencias de Investigación de Materiales y Energía de Japón y Nueva Tecnología Industrial Development Organization (NEDO).
http://www.sciencedaily.com/releases/2010/10/101010133628.htm
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