Nuevos pasos en la busca de materiales orgánicos capaces de convertir energía solar en eléctrica
El objetivo de la investigación, que se ha desarrollado en los últimos tres años y tendrá continuidad en el tiempo, es la búsqueda de materiales más económicos, flexibles y eficientes a la hora de convertir la energía solar en eléctrica, en calor u otro tipo de energía. Para ello, los investigadores han estudiado los procesos físicos fundamentales que ocurren en un dispositivo artificial constituido por moléculas orgánicas. Las moléculas elegidas participan en los procesos de fotosíntesis natural, por lo que el dispositivo puede absorber la luz de forma eficiente.
En los dispositivos artificiales de fotosíntesis y fotovoltaicos la conversión de luz en electricidad se piensa, generalmente, que ocurre en la escala de tiempo de femtosegundos (un femtosegundo es la mil billonésima parte de un segundo) y que implica un proceso incoherente de transferencia de electrones. Sin embargo, el trabajo publicado en la revista Nature Communications identifica que el proceso de generación de corriente eléctrica inducida por la luz absorbida tiene coherencia cuántica, es decir, es un proceso estable y robusto de 25 femtosegundos de duración en el que no se producen pérdidas.
Además, los resultados indican que ese proceso está mediado por las vibraciones de un linker o conector. “Primeramente se absorbe la energía solar. Luego, se generan los pares portadores de carga y, al separar estos pares, se obtiene corriente eléctrica”, explica Angel Rubio. En este último estadio es en el que ha intervenido el grupo de la UPV/EHU. “Identificamos el componente microscópico que dicta la separación de carga, después de que la luz sea absorbida, y que da lugar al establecimiento de la corriente eléctrica. Este componente es el que une la molécula que absorbe la luz (porfirina) con la que recibe el electrón (fulereno). Al conocer el mecanismo que provoca esta separación, se puede optimizar el sistema y controlarlo. De hecho, ahora estamos buscando cómo mejorar y caracterizar la interface, de tal manera que se puedan diseñar dispositivos, que sean eficientes y que duren en el tiempo. En definitiva, que sean sostenibles”, explica Angel Rubio.
Investigadores de Módena (Italia), Oldenburg y Berlín (Alemania) han llevado a cabo la parte experimental de este estudio y la parte teórica la ha desarrollado en la UPV/EHU el grupo de NanoBio Espectroscopia, que dirige el profesor Angel Rubio, en colaboración con la infraestructura europea de espectroscopia teórica ETSF, el Departamento de Física de Materiales de la UPV/EHU, el Centro de Física de Materiales CSIC-UPV/EHU y el Donostia International Physics Center (DIPC).
‘Quantum coherence controls the charge separation in a prototypical artificial light harvesting system’, C. A. Rozzi, S. M. Falke, N. Spllanzani, A. Rubio, E. Molinari, D. Brida, M. Maiuri, G. CErullo, H. Schramm, J. Christoffers and C. Lienau.
Nature Communications 4, 1602 (2013). DOI: 10.1038/ncomms2603
La conversión eficiente de la luz en electricidad o en combustible químico es un reto fundamental para el desarrollo sostenible.
