چگونه فولرین کارایی پیل خورشیدی آلی را افزایش می‌دهد؟

محققان RIKEN موفق به ارائه‌ی ساختار جدیدی حاوی فولرین برای استفاده در پیل‌های خورشیدی آلی شدند. آنها نشان دادند که چگونه می‌توان ساختار این ماده‌ی جدید را با دقت کنترل و از آن برای بهبود کارایی تبدیل انرژی استفاده کرد.

پیل‌های فتوولتائیک آلی را می‌توان با قیمت پایین تولید کرد. از اینپیل‌ها به‌عنوان جایگزین پیل‌های خورشیدی سیلیکونی یاد می‌شود. در برخی از پیل‌های فتوولتائیک آلی از زنجیره‌ بلند پلیمر نیمه‌هادی استفاده می‌شود که در آن ترکیبات حاوی فولرین وجود دارد. در واقع این ساختار شبیه به ماکارونی است که روی رشته‌های آن دانه‌های کروی گوشت قرار دارد. زمانی که نور به این پلیمر برخورد می‌کند، الکترون‌های برانگیخته ایجاد شده و به فولرین پذیرنده الکترون منتقل می‌شوند.

کیسوکو تاجیما از محققان این پروژه می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم که زمان آن رسیده‌است که با طراحی مولکولی گامی تازه در توسعه‌ی این ساختار برداشت. از این رو ما ساختار جدیدی ارائه کردیم که طراحی آن با دقت بالایی انجام شده‌است.» این گروه دو پلیمر نیمه‌هادی طراحی کردند که تنها موقعیت‌های زنجیره بلند آنها با هم تفاوت دارد. تاجیما می‌افزاید: «ما قصد داشتیم تنها یک پارامتر را تغییر دهیم، در حالی که دیگر پارامترها تغییر نکند.»

این زنجیره‌ی کناری چگونگی نزدیک بودن فولرین به شاخه اصلی پلیمر را تعیین می‌کند. این گروه با استفاده از NMR گروه متوکسی را در پلیمر رصد کردند تا نشان دهند فولرین چقدر به زنجیره نزدیک است.

این گروه دریافتند که نزدیک شدن فولرین تأثیر به سزایی روی کارایی فتوولتائیک ماده دارد. همانند ماکارونی خوش طعم که نیاز به ترکیب رشته با گوشت دارد، در اینجا نیز مولکول‌های فولرین باید به زنجیره پلیمر نزدیک شوند تا عملکرد سیستم ارتقا یابد.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان “Intermolecular arrangement of fullerene acceptors proximal to semiconducting polymers in mixed bulk heterojunctions” در نشریه‌ی AngewandteChemie International Edition منتشر شده‌است.