קבוצת חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג’ (University of Cambridge) באנגליה גילתה מנגנון חדש לייצור חשמל ממולקולה אורגנית בודדת, דבר שעשוי להוביל לפיתוח תאים סולריים קלים וזולים יותר.
המחקר, שפורסם בכתב העת Nature Materials, מראה כי ניתן ליצור תאים סולריים מחומר יחיד במקום משני חומרים שונים כמקובל כיום.
המחקר התמקד במולקולה אורגנית בשם P3TTM, מוליך למחצה אורגני עם אלקטרון בודד לא מזווג במרכזו.
צוות המחקר המשותף של פרופסור סיר ריצ’ארד פריינד (Sir Richard Friend) מהפקולטה לפיזיקה ופרופסור הוגו ברונסטין (Hugo Bronstein) מהפקולטה לכימיה גילה כי כאשר מולקולות ה-P3TTM ארוזות באופן צפוף, האינטראקציה הייחודית בין האלקטרונים הבלתי מזווגים מאפשרת המרה ישירה של פוטון לזרם חשמלי.
מהפכה ביעילות המרת האנרגיה
Biwen Li, החוקר הראשי במעבדת Cavendish, הסביר (בתרגום חופשי לעברית):
ברוב החומרים האורגניים, האלקטרונים מזווגים ולא מתקשרים עם השכנים שלהם. אבל במערכת שלנו, כאשר המולקולות נארזות ביחד, האינטראקציה בין האלקטרונים הבלתי מזווגים באתרים שכנים מעודדת אותם להתיישר לסירוגין למעלה ולמטה. עם קליטת אור, אחד מהאלקטרונים הללו קופץ לשכן הקרוב ביותר שלו, ויוצר מטענים חיוביים ושליליים שניתן לחלץ כדי לייצר זרם פוטו-אלקטרי.
התגלית מהווה שינוי משמעותי מתאים סולריים קונבנציונליים, הדורשים ממשק בין שני חומרים – תורם אלקטרונים ומקבל אלקטרונים – כדי לייצר חשמל, מערך שמגביל את היעילות הכוללת של התאים.
יעילות קרובה למושלמת
הצוות הדגים את התופעה על ידי יצירת תא סולרי מסרט דק של P3TTM. כאשר אור פגע בתא, הוא השיג יעילות איסוף מטען קרובה ל-100%, כלומר כמעט כל פוטון של אור הומר למטען חשמלי שמיש. בניסוי אחר, המולקולה הציגה תשואה קוונטית ליצירת מטען של עד 40%.
ד”ר פרי מורטו (Petri Murto) מהפקולטה לכימיה פיתח מבנים מולקולריים המאפשרים כיוונון של המגע בין המולקולות ואיזון האנרגיה הנדרש להפרדת המטען.
פריצת הדרך הזו אומרת שייתכן שניתן לייצר תאים סולריים מחומר יחיד, קל משקל ובעלות נמוכה.
פריצת הדרך עשויה לאפשר פיתוח תאים סולריים קומפקטיים ויעילים בעלות נמוכה, שיוכלו להניע את הדור הבא של מכשירים אלקטרוניים הנטענים באופן עצמאי.
