محققان کمبریج راهی تازه برای ساخت سلول‌های خورشیدی سبک‌تر و کارآمدتر کشف کردند

پژوهشگران دانشگاه کمبریج موفق به کشف مولکول نیمه‌رسانا آلی جدیدی شده‌اند که می‌تواند انقلابی در طراحی سلول‌های خورشیدی ایجاد کند. این مولکول به نام P3TTM تنها با تکیه بر یک ماده ساده و آلی توانایی جذب نور و تولید بارهای الکتریکی را دارد.

تاکنون تصور می‌شد مکانیزم‌های قوی جذب نور و جداسازی بار تنها در مواد غیرآلی مانند اکسیدهای فلزی ممکن است. اما تیم کمبریج در تحقیق جدید خود اثبات کرده که این پدیده در یک مولکول آلی درخشان نیز رخ می‌دهد.

ساخت سلول خورشیدی با مولکول نیمه‌رسانا آلی

این مولکول خاص یک نیمه‌رسانا آلی است که در هسته خود یک الکترون جفت‌نشده دارد. همین ویژگی منحصربه‌فرد، خواص الکترونیکی و مغناطیسی جدیدی به آن می‌دهد. به گفته «بیون لی»، سرپرست تحقیق، زمانی که این مولکول‌ها به‌طور فشرده کنار هم قرار می‌گیرند، الکترون‌های جفت‌نشده به‌صورت متناوب هم‌راستا می‌شوند. این رفتار که پیش‌تر تنها در مواد پیچیده غیرآلی دیده می‌شد، در فیزیک حالت جامد به نام «رفتار موت-هابارد» (Mott-Hubbard behavior) شناخته می‌شود.

این چینش خاص باعث می‌شود که با جذب نور، الکترون به سرعت بارهای مثبت و منفی ایجاد کند؛ جریانی که به راحتی به برق تبدیل می‌شود.

برای نشان دادن این مفهوم، پژوهشگران یک سلول خورشیدی آزمایشی با لایه‌ای از P3TTM ساخته‌اند. سپس تابش نور به این دستگاه، بازدهی فوق‌العاده‌ای را نشان داده و تقریباً همه فوتون‌های جذب‌شده به برق قابل استفاده تبدیل شده‌اند.

پروفسور «هیوگو برونستین»، نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید:

«ما فقط طراحی‌های قدیمی را بهبود نداده‌ایم، بلکه فصل تازه‌ای در کتاب‌های درسی فیزیک نوشته‌ایم و نشان داده‌ایم که مواد آلی هم می‌توانند به تنهایی بارهای الکتریکی تولید کنند.»

با حل یکی از معماهای دیرینه فیزیک، این کشف جدید مسیر تازه‌ای برای ساخت سلول‌های خورشیدی ساده‌تر، سبک‌تر، کم‌هزینه‌تر و با کارایی بالا ایجاد می‌کند؛ سلول‌هایی که می‌توانند نقش مهمی در شتاب‌بخشی به گذار جهانی به انرژی پایدار ایفا کنند.

نتایج تحقیق در نشریه Nature Materials منتشر شده است.