ستحدث الإلكترونات الشبيهة بالموجة في المواد العضوية ثورة في مجال الطاقة الشمسية

إن المواد العضوية المرنة واللينة هي المفتاح للخلايا الشمسية الرخيصة التي يمكن طباعتها في درجة حرارة الغرفة - وهو عالم مختلف تماما عن العالم التقليدي الذي يتضمن عمليات باهظة الثمن تعتمد على تقنيات السيليكون الحالية.

نجح الباحثون في ضبط قدرة التماسك للبنى النانوية العضوية بفضل الاكتشاف المفاجئ للإلكترونات الشبيهة بالموجة في المواد العضوية، وبالتالي الكشف عن مفتاح إنشاء "شحنات طويلة الأمد" في الخلايا الشمسية العضوية - وهو اكتشاف يمكن أن يؤدي إلى ثورة في مجال الطاقة الشمسية.

باستخدام كاميرا سريعة للغاية، يدعي الباحثون أنهم تمكنوا من مراقبة اللحظات الأولى بعد امتصاص الضوء بواسطة الهياكل النانوية العضوية والاصطناعية، ووجدوا أن الشحنات الكهربائية لا تنشأ بسرعة فحسب، بل تنتشر أيضًا بسرعة كبيرة على مسافة كبيرة - ظاهرة تحدث بسبب طبيعتها - موجة الإلكترونات تحكمها القوانين الأساسية لميكانيكا الكم.

תוצאה זו הפתיעה את המדענים מאחר והיא נחשבה כמוגבלת למבנים אי-אורגניים “מושלמים” ויקרים בלבד, ולא לחומרים אורגניים גמישים ורכים, שהם המפתח לתאים סולאריים זולים שניתן יהיה להדפיסם בטמפרטורת החדר – עולם שונה לחלוטין מהעולם המסורתי הכולל בתוכו תהליכים יקרים המבוססים על הטכנולוגיות הנוכחיות של سيليكون.

تلقي الدراسة، التي نُشرت للتو في المجلة العلمية المرموقة Science، ضوءًا جديدًا على الآلية الغامضة التي تسمح للشحنات الموجبة والسالبة بالفصل بشكل فعال عن بعضها البعض - وهو سؤال حاسم يتحدى العلماء حتى يومنا هذا - ضوء جديد يحرك العلماء نقترب أكثر من محاكاة القدرة الفائقة في الطبيعة على الاستفادة من ضوء الشمس، وهي عملية التمثيل الضوئي، التي تطورت على مدى آلاف السنين. "هذه نتيجة مفاجئة للغاية. وقال الدكتور سيمون جيليناس، من جامعة كامبريدج والجامعة: "إن مثل هذه الظاهرة الكمومية تقتصر عادة على بلورات مثالية لأشباه الموصلات غير العضوية، ولا يتوقع أحد أن يلاحظ هذه الظواهر أيضًا في الجزيئات العضوية التي تكون بنيتها أكثر تشوهًا وفوضوية". (كاليفورنيا، سانتا باربرا).

خلال الفيمتو ثانية القليلة الأولى (مليون من مليار من الثانية) تتوزع كل شحنة بين العديد من الجزيئات بدلاً من أن تقتصر على جزيء واحد. تسمح هذه الظاهرة، المعروفة باسم "التماسك المكاني"، للشحنة بالسفر مسافة عدة نانومترات في وقت قصير جدًا والهروب من الشحنة المعاكسة - وهي خطوة أولية ربما تكون مسؤولة عن إنشاء شحنات طويلة العمر، كما يقول الباحثون. يشرح. ويمكن استخدام هذه الآلية لتوليد الكهرباء من التفاعلات الكيميائية. ومن خلال تنظيم بنية الجزيئات بعناية، وجد الباحثون أنه من الممكن ضبط التماسك المكاني وحتى زيادة أو تقليل هذا الانفصال لمسافات طويلة. وقال الباحث الرئيسي: "ربما يكون الشيء الأكثر أهمية هو أن النتائج تشير إلى أنه نظرًا لأن العملية سريعة جدًا، فهي أيضًا موفرة للطاقة، مما قد يؤدي إلى تطوير خلايا شمسية توفر المزيد من الطاقة".
أخبار الدراسة