تحويل ضوء الشمس لكهرباء.. ابتكار ياباني لـ “جزئ جديد”
ابتكر باحثون جزيئًا جديدًا يشكّل بشكل طبيعي وصلات p/n، وهي بنى أساسية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
كيفية تحويل ضوء الشمس لكهرباء
أشار الباحثون إلى أن هذه الخلايا تستخدم أشباه موصلات كربونية بدلًا من السيليكون التقليدي. مما يجعلها خفيفة الوزن ومرنة واقتصادية.
كما يمكن دمجها في أحبار الطباعة على الأسطح اليومية مثل أغشية النوافذ وحتى الملابس. ومع ذلك، لا تزال كفاءتها أقل من كفاءة الخلايا الشمسية السيليكونية التقليدية.
فيما يقدم هذا الجهد الذي بذله علماء جامعة أوساكا متروبوليتان طريقًا واعدًا لإنتاج خلايا شمسية عضوية رقيقة الأغشية أكثر كفاءة.
من جانبه، قال تاكيشي مايدا. الأستاذ المشارك في كلية الهندسة بجامعة أوساكا متروبوليتان والمؤلف الرئيسي للدراسة. إنه يجب ضبط الوصلة غير المتجانسة من النوع p/n بدقة لتمكين الفصل السريع ونقل الشحنات المتولدة عند امتصاص الضوء”.
بنما أضاف : “تقليديًا، تصنع هذه الوصلات عن طريق المزج الفيزيائي لجزيئات من النوع p والنوع n. ولكن حتى التغييرات الطفيفة في ظروف التصنيع قد تؤدي إلى مزج غير متجانس. أيضًا تؤدي إلى هياكل غير مستقرة ، وانخفاض أداء الجهاز.
لكن لمعالجة هذه التحديات، استكشف الباحثون بنشاط استراتيجية بديلة يتم فيها دمج مكونات أشباه الموصلات من النوع p والنوع n داخل جزيء واحد.
مما يسمح بتكوين وصلات غير متجانسة نانوية من النوع p/n من خلال التجميع الذاتي الجزيئي فقط.
ومع ذلك، فإن التجميع الذاتي للجزيئات المفردة معقد بطبيعته، يمكن أن تؤدي الاختلافات الطفيفة في المذيب أو درجة الحرارة إلى ظهور العديد من التراكيب المتنافسة.
رغم أنه يجعل من الصعب الحصول بشكل موثوق على وصلات غير متجانسة نانوية محددة جيدًا ومثالية من نوع p/n.
وفي هذا السياق، ركز الفريق على التحكم في التجميع الذاتي الجزيئي لتشكيل وصلة غير متجانسة نانوية محددة جيدًا من نوع p/n بشكل انتقائي من نظام جزيئي واحد، وفقًا لبيان صحفي.
وصلات p/n
في الوقت نفسه صمّم فريق البحث جزيئًا مانحًا-مستقبلًا-مانحًا، يدعى TISQ، يدمج جزءًا من النوع p قائمًا على السكوارين “مانحًا”. بالإضافة إلى جزء من النوع n قائمًا على النفثالين ثنائي الإيميد “مستقبلًا” ضمن جزيء واحد.
في حين بفضل ارتباط مجموعات الأميد التي تعزز الروابط الهيدروجينية، يستطيع TISQ التجميع الذاتي تلقائيًا لتكوين هياكل نانوية متميزة. ما قد يوفر مسارًا أكثر استقرارًا لتكوين وصلات غير متجانسة من النوع p/n.
عن هذا قال مايدا: “وجدنا أن TISQ يشكّل تجمعات من النوع J أو النوع H اعتمادًا على المذيب. ويظهر كلا النوعين سلوكًا إلكترونيًا مختلفًا، لا سيما في كفاءة نقل الشحنات عند تعرضهما للضوء”.
ولاختبار مدى ملاءمة الجهاز، قام الفريق بتصنيع خلايا شمسية عضوية رقيقة الأغشية باستخدام مادة TISQ كمادة ضوئية فعالة أحادية المكون.
وقد أظهر الجزيء قدرته على تكوين وصلات غير متجانسة من نوع p/n على المستوى النانوي من خلال التجميع الذاتي. مما يسلط الضوء على جدوى التصاميم الجزيئية التي تتنظم ذاتيًا لتكوين هياكل إلكترونية وظيفية، وفقًا لبيان صحفي.
وأخيرًا يوفر هذا النهج التصاعدي منصة لاستكشاف كيفية ترجمة التنظيم الذاتي الجزيئي إلى وظائف إلكترونية. بما في ذلك الخلايا الشمسية العضوية ومجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية الضوئية العضوية، من أجهزة الكشف الضوئي إلى أنظمة حصاد الضوء”.
المصدر: interestingengineering
#مجلة إيليت فوتو آرت
