Nästa generations enheter baserade på molekylära material har potential att effektivt använda solljus för att producera elektricitet eller för att driva kemiska reaktioner. I motsats till kommersiella solceller, där absorption av ljus direkt genererar laddning som kan utvinnas som elektricitet, absorption av ljus av molekylära material skapar oladdade energitillstånd som kallas excitoner. Tricket för att göra en effektiv enhet är att effektivt omvandla excitonerna till laddning. Denna studie avslöjade en ny mekanism för att skapa laddning från excitoner. Genom att följa excitoner i ett molekylärt modellmaterial, ett team fann att excitoner med lägre energi som görs djupt i bulken spelar en större roll för att generera laddning än vad man tidigare trott.

Teamets studie visar att en tidigare försummad, långsammare väg skapar det mesta av laddningen vid gränssnittet. Denna insikt visar en väg som forskare bör överväga när de designar molekylär elektronik. Studien ger också absoluta riktmärken för design av specialiserade gränssnitt som effektivt omvandlar ljus till laddning.

För att designa molekylära solceller, sensorer, etc., forskare behöver veta hur ljus skapar elektricitet i atomär skala. Detta är inte lätt eftersom processerna kan ske på en biljondels sekund (picosecond). Forskare hittade ett sätt, med användning av pikosekund tidsupplöst röntgenfotoelektronspektroskopi och ett modellmaterial tillverkat av en kopparbaserad elektrondonator och en kolacceptor. Specifikt, de tittade på metall-organiska heterojunctions i en koppar-ftalocyanin (CuPc) donator och fulleren-baserad (C60) acceptor. Metoden låter forskare studera hur excitoner migrerar genom materialet och dissocierar till separerade laddningar som är användbara för elektroniska eller kemiska tillämpningar. Deras resultat förändrade hur forskare tänker om energi i detta material. Den tidigare synen fokuserade på excitonerna med högre energi, känd som singlet excitoner, som genereras direkt av ljuset. Forskare trodde att singlet-excitonerna som skapades där donator- och acceptormaterial möts genererade det mesta av elektriciteten. Inte så. Långsammare formning, triplettexcitoner med lägre energi som bildas i huvuddelen av det kopparbaserade materialet bidrar med huvuddelen av laddningen på en tidsgenomsnittlig basis.

Studien ger nya insikter om excitonmigrering och laddningsgenerering i dessa material. Också, det ger absoluta riktmärken för designen av CuPc-C ₆₀ heterojunctions för effektiv ljus-till-laddning-konvertering.