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 fuente de 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), director del grupo de Nano-Bio Spectroscopy Group e investigador asociado del Donostia International Physics Center (DIPC), 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 la prestigiosa revista 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 atrapa las partículas de luz e induce la transmisión ultrarrápida de electrones a la nanoestructura a través de un impulso electrónico en el orden del femto-segundo (fs), es decir, 10-15 segundos. Recientemente, se han hallado evidencias que confirman esa transferencia ultrarrápida, pero la investigación de Rubio y su equipo 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 derivado del fulereno (una nanoestructura convencional con forma esférica) mediante espectroscopia de alta resolución temporal.

Los resultados confirmaron que el acoplamiento de las vibraciones del polímero y el fulereno originan la transferencia electrónica de forma coherente y ultrarrápida (?23 fs),  sin la necesidad de asumir procesos incoherentes que se manifiestan en transferencias más lentas (100 fs).  Estos estudios demuestran el papel primordial que juega la coherencia cuántica en los dispositivos fotovoltaicos organicos.

La investigación, que se publica esta semana en la prestigiosa revista Science, "abre vías a una mejora sustancial y controlada de los dispositivos orgánicos para aplicaciones fotovoltaicas", ha remarcado el profesor Ángel Rubio.

Referencia bibliográfica:
S. Maria Falke, C.A. Rozzi, D. Brida, M. Amato, A. De Sio, A. Rubio, G. Cerullo, E. Molinari, C. Lienau. Coherent ultrafast charge transfer in an organic photovoltaic blend. Science 30 May 2014: Vol. 344 no. 6187 pp. 1001-1005 DOI: 10.1126/science.1249771