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

تا بحال فکر می‌شد مکانیزم‌های قوی جذب نور و جداسازی بار تنها در مواد غیرآلی همانند اکسیدهای فلزی امکان پذیر. اما تیم کمبریج در تحقیق تازه خود اثبات کرده که این اتفاق 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 بی همتا، خواص الکترونیکی و مغناطیسی جدیدی به آن می‌دهد. به حرف های «بیون لی»، سرپرست تحقیق، وقتی که این مولکول‌ها به‌طور فشرده کنار هم قرار می‌گیرند، الکترون‌های جفت‌نشده به‌صورت متناوب هم‌راستا خواهد شد. این حرکت که پیش‌تر تنها در مواد پیچیده غیرآلی دیده می‌شد، در فیزیک حالت جامد به نام «حرکت موت-هابارد» (Mott-Hubbard behavior) شناخته می‌شود.

این چینش خاص علتمی‌شود که با جذب نور، الکترون به شدت بارهای مثبت و منفی تشکیل 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 بسیار‌ای را نشان داده و تقریباً همه فوتون‌های جذب‌شده به برق قابل منفعت گیری تبدیل شده‌اند.

پروفسور «هیوگو برونستین»، نویسنده مهم 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 تشکیل کنند.»

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

نتایج تحقیق در نشریه Nature Materials انتشار شده است.