C’è un nuovo termine nell’energia solare: fissione singoletto. I ricercatori della Columbia University hanno sviluppato un modo per ottenere maggiore potenza dalla singola unità per aumentare l’efficienza delle celle solari e offrire uno strumento per far progredire lo sviluppo di dispositivi di prossima generazione.

In uno studio pubblicato questo mese su Nature Chemistry, il team descrive in dettaglio la progettazione di molecole organiche in grado di generare due eccitoni per fotone di luce, un processo chiamato fissione singoletto. Gli eccitoni vengono prodotti rapidamente e possono vivere molto più a lungo di quelli generati dalle loro controparti inorganiche, il che porta ad un’amplificazione dell’elettricità generata per fotone che viene assorbita da una cella solare.

“Abbiamo sviluppato una nuova regola di progettazione per i materiali di fissione singoletto”, ha dichiarato Luis Campos, professore associato di chimica e uno dei tre principali ricercatori dello studio. “Questo ci ha portato a sviluppare i materiali di fissione intramolecolare singoletto più efficienti e tecnologicamente utili fino ad oggi. Questi miglioramenti apriranno le porte a celle solari più efficienti.”

Tutti i moderni pannelli solari funzionano con lo stesso processo: un fotone di luce genera un eccitone.. L’eccitone può quindi essere convertito in corrente elettrica. Tuttavia, ci sono alcune molecole che possono essere implementate nelle celle solari che hanno la capacità di generare due eccitoni da un singolo fotone – un processo chiamato fissione singoletto. Queste celle solari costituiscono la base per i dispositivi di prossima generazione, che sono ancora in fase di sviluppo. Una delle maggiori sfide nel lavorare con tali molecole, però, è che i due eccitoni “vivono” per periodi molto brevi (decine di nanosecondi), rendendo difficile raccoglierli come una forma di elettricità.
In questo studio, finanziato in parte dall’Office of Naval Research, Campos e colleghi hanno progettato molecole organiche in grado di generare rapidamente due eccitoni che vivono molto più a lungo dei sistemi più avanzati.
Questo lavoro è il primo a dimostrare che la fissione singoletto può generare rapidamente due eccitoni che possono vivere per molto tempo. Questo apre le porte allo studio fondamentale di come si comportano questi eccitoni mentre sostano su singole molecole, e anche a capire come possono essere distribuiti efficacemente su dispositivi che beneficiano di segnali amplificati dalla luce.

(Fonte: Columbia University)