قد يؤدي هذا إلى تحسين كفاءة الخلايا الشمسية من الجيل الثالث بشكل كبير في المستقبل
نجح باحثو التخنيون من مركز سارة وموشيه زيسافيل للإلكترونيات النانوية في استقطاب بلورة نانومترية عن طريق تغيير تركيبة الجزيئات المحيطة بها. تم نشر هذا في المجلة العلمية المرموقة Nature Materials.
قام طالب الدكتوراه نير جاكوبي غروس، بتوجيه من رئيس مركز زيسافيل، البروفيسور نير تيسلر، باستبدال بعض الجزيئات الملتصقة بسطح بلورة رقمية، بجزيئات من نوع مختلف تربطها مجموعتها الكيميائية أو ذرتها بجزيئات أخرى. سطح البلورة مختلف. واكتشف الباحثون أن عدم انتظام التغطية الجزيئية يتسبب في استقطاب البلورة جزئيًا. ساهمت مجموعة البروفيسور آشر شميدت من كلية شوليك للكيمياء في التخنيون في فهم عملية ربط الجزيء بالبلورة. وكما يظهر المقال، فإن هذا الاكتشاف يمكن أن يكون له آثار بعيدة المدى في تحسين كفاءة الخلية الشمسية بشكل ملحوظ. هذا هو الجيل الثالث من الخلايا الشمسية التي تخضع حاليا للتطوير المكثف في جميع أنحاء العالم، بسبب تكلفتها المنخفضة نسبيا (وبالتالي هناك إمكانية لإنتاجها بكميات كبيرة). تعتمد الخلايا الشمسية المستخدمة اليوم في معظمها على السيليكون، وهي باهظة الثمن سواء من حيث تكلفتها أو من حيث الطاقة اللازمة لإنتاجها. إن اكتشاف الباحثين في التخنيون يغير قدرة بلورة النانومتر على استقبال أو إعطاء إلكترونات للمادة الموجودة في بيئتها، وهو في الواقع مسألة تغيير في خصائص البلورة.
يوضح البروفيسور تيسلر: "تُستخدم بلورات النانو من مواد مختلفة لتطوير مصادر ضوء وخلايا شمسية جديدة". "تتكون البلورة النانوية في محلول يبلغ قطره 2-8 نانومتر وهي مغلفة بجزيء عضوي يعمل على تثبيتها ويسمح بإذابة البلورات النانوية في سوائل مناسبة. وفي هذه الحالة فإن الحل هو في الواقع حبر يحتوي على مواد إلكترونية بصرية، وبالتالي هناك حاليا نشاط كبير في العالم يهدف إلى دمج هذه المواد في مجال الإلكترونيات المطبوعة، والتي ستشمل صفائح الإضاءة أو صفائح الطاقة الشمسية الخلايا."
ويؤكد الباحثون أنه من أجل التمكن من دمج هذه المواد الجديدة في الأجهزة الإلكترونية الضوئية، من المهم التحكم في خصائصها، بحيث يمكن معاملتها كوحدات بناء تستخدم في هندسة الأجهزة المتقدمة.
في المراحل الأولى من البحث في مركز زيسابيل، تم اكتشاف إمكانية استخدام الجزيء العضوي لتغيير الموضع النسبي لمستويات طاقة الجسيم. وما فاجأ الباحثين في هذه المرحلة هو أن العامل الأكثر أهمية في هذا التحول هو الذرة الموجودة في نهاية الجزيء والتي تتصل بالبلورة النانوية. وأظهر الباحثون أنه ليس فقط من الممكن تحريك مستويات الطاقة في البلورة النانوية بالنسبة للمواد أو البلورات النانوية الأخرى، ولكن من الممكن، على نفس البلورة النانوية الصغيرة (التي يبلغ حجمها حوالي 4 نانومتر)، تغيير أجزاء منها. نسبة إلى الآخرين. يؤكد البروفيسور تيسلر: "تظهر هذه الدراسة أن البلورة النانوية، وهي جزيرة غير عضوية، والجزيئات العضوية التي تحيط بها - تشكل كيانًا هجينًا واحدًا من المادة العضوية وجزيرة غير عضوية".
سيتطلب هذا التمييز تغييرًا في الأساليب النظرية التي تحلل هذه البلورات النانوية مع تجاهل الجزء العضوي (الجزيء العضوي المرتبط به)، عادةً بسبب افتراض أنه "يساهم فقط في خلق المحلول".
