ایجاد ساختاری جدید برای پیل‌های خورشیدی آلی

گروه‌های آلی متشکل از بخش‌های آروماتیک،
چربی‌دوست و آبدوست می‌توانند خودشان را به‌صورت ساختارهایی آرایش دهند که
رسانایی نوری آنها پنج برابر بیشتر از گروه‌های آروماتیک خالص باشد. محققان
چینی و ژاپنی که با استفاده از این ساختارها فیلم‌های الکترونیکی
نانوالیافی توسعه داده‌اند، امیدوارند این عملکرد بالا امکان تولید پیل‌های
خورشیدی آلی را فراهم آورد.

تاکانوری فوکوشیما از آزمایشگاه ملی Riken در ژاپن می‌گوید تولید مواد آلی
رسانای نوری و ابزارهای فتوولتائیک، مبتنی بر ترکیبی از مولکول‌های دهنده و
گیرنده الکترون است. او توضیح می‌دهد: «وقتی یک ساختار سازمان‌یافته که
دارای آرایه‌های مجزای دهنده و گیرنده الکترون است، در معرض نور قرار می‌گیرد،
انتقال الکترون صورت گرفته و یک حفره در آرایه دهنده و یک الکترون در آرایه
گیرنده ایجاد می‌شود».

با این حال ابزارهایی که با بهره‌گیری از این راهکار ساخته می‌شوند، عملکرد
بالایی ندارند، زیرا در این ابزارها مولکول‌های گیرنده و دهنده به صورت
لایه‌های یک درمیان آرایش می‌یابند. او می‌افزاید: «وجود لایه های یک در
میان از واحدهای دهنده و گیرنده امکان به دام افتادن حامل‌های بار را ایجاد
می‌کند و این امر برای رسانایی نوری مطلوب نیست».

فوکوشیما به‌همراه همکارانش تازوکو آیدا از دانشگاه توکیو و وی شی لی از
موسسه شیمی آلی شانگهای برای حل این مشکل آرایش متفاوتی از این واحدها را
پیشنهاد داده‌اند. آنها ابتدا مولکول‌های زنجیره‌ای مستقیم متشکل از گروه‌های
دهنده اُلیگوتیوفن و گروه‌های گیرنده پریلن‌دی‌ایمید سنتز کردند. در یک
مورد به هر دو انتهای این زنجیره گروه‌های چربی‌‌دوست متصل کردند و در مورد
دیگر به یک انتها یک گروه چربی‌دوست و به انتهای دیگر، یک گروه آبدوست وصل
کرده و یک مولکول آمفی‌فیل تولید کردند.

رسانایی نوری فیلم‌های نانوالیافی ساخته
شده از مولکول‌های آمفی‌فیل پنج برابر بیشتر از رسانایی نوری مولکول‌هایی
بود که تنها با استفاده از مولکول‌های چربی‌دوست ساخته شده بودند. محققان
دریافتند که تفاوت میان رسانایی نوری این دو ساختار از آنجا نشأت می‌گیرد
که مولکول‌های حاوی گروه‌های چربی‌دوست به‌صورت یک‌درمیان و تناوبی آرایش
می‌یابند، در حالی که در زنجیره‌های آمفی‌فیل دهنده‌ها و گیرنده‌های
الکترون به خوبی از یکدیگر جدا می‌شوند. تازوکو آیدا می‌گوید: «ما از تفاوت
موجود در رسانایی نوری بسیار شگفت‌زده هستیم، زیرا این امر نشان می‌دهد
راهبرد ناسازگاری زنجیره‌های جانبی برای اشیای یک‌بعدی موثر است. آرایش یک‌بعدی
یکی از مطلوب ترین آرایش‌ها برای ابزارهای فتوولتائیک است».