بزرگ‌ترین مشکل استفاده از انرژی خورشیدی، هزینه بسیار بالای پیل‌های خورشیدی ساخته شده از نیمه‌رسانای معدنی است. در مقابل، پیل‌های خورشیدی مبتنی بر پلیمرهای نیمه‌رسانا ارزان، سبک، نازک و انعطاف‌پذیر هستند؛ اما عملکردشان ضعیف است. اکنون گروهی به رهبری چِین – شو هسو در دانشگاه چایو تونگ و یوه – لین وانگ در آکادمیا سینیکا در تایوان، روش جدیدی ارائه کرده‌اند که در آن برای افزایش قابل‌توجه راندمان پیل‌های خورشیدی مبتنی بر پلیمر از نانومیله‌های فولرینی استفاده می‌شود.
ارتقاء پیل‌های خورشیدی پلیمری با نانومیله‌های فولرینی
بزرگ‌ترین مشکل استفاده از انرژی خورشیدی، هزینه بسیار بالای پیل‌های
خورشیدی ساخته شده از نیمه‌رسانای معدنی است. در مقابل، پیل‌های خورشیدی
مبتنی بر پلیمرهای نیمه‌رسانا ارزان، سبک، نازک و انعطاف‌پذیر هستند؛ اما
عملکردشان ضعیف است. اکنون گروهی به رهبری چِین – شو هسو در دانشگاه چایو
تونگ و یوه – لین وانگ در آکادمیا سینیکا در تایوان، روش جدیدی ارائه
کرده‌اند که در آن برای افزایش قابل‌توجه راندمان پیل‌های خورشیدی مبتنی بر
پلیمر از نانومیله‌های فولرینی استفاده می‌شود.
در پیل‌های خورشیدی پلیمری می‌توان برای جداسازی موثرتر بار الکتریکی از
پذیرنده‌هایی مانند فولرین‌ها که الکترون‌ها را جذب می‌کنند، بعنوان
افزودنی استفاده کرد. یکی از نویدبخش‌ترین راهکارها درج کردن مولکول‌های
پذیرنده در یک ماتریس بی‌نظم ساخته شده از زنجیرهای پلیمری فعال نوری است.
بدینسان سطح مرزی بین این دو جزء بر روی تمام لایه پخش می‌شود. این ساختار
به یک “تماس توده‌ای نامتجانس” معروف است. بعد از جداسازی بار الکتریکی،
الکترون‌ها و حفره‌ها در سیستم‌های مولکولی متفاوتی قرار می‌گیرند؛ این
سیستم‌ها آنها را بطور انتخاب‌پذیری به الکترودهای مخالف منتقل می‌کنند.
مشکل این است که این دو ماده بطور منظم توزیع نمی‌شوند. بنابراین مسیرهای انتقال
برای این بارهای الکتریکی نامنظم هستند و این باعث می‌شود که حفره‌ها و الکترون‌ها
به آسانی بهم برخورد کنند. بعلاوه جزیره‌های بار مجزا شده می‌توانند اتفاق بیافتند.
راه‌حل یک “تماس توده‌ای نامتناجس منظم”؛ یک ساختار متناوب از نواحی درهم نفوذ کرده
و مستقیم بصورت عمودی از هر دو مواد، است. بنابراین الکترون‌ها و حفره‌ها در
مسیرهای مستقیمی حرکت کرده و بهم برخورد نخواهند کرد. با این حال، قبلا امکان تولید
هیچگونه لایه نوری موثر با استفاده از این اصل وجود نداشت، زیرا این اجزاء بطور
مولکولی با هم مخلوط نمی‌شوند، و این باعث ایجاد مسیرهای الکترونی بسیار طولانی
برای تولید جداسازی موثر بار الکتریکی می‌شود.
این محققان تصمیم به ترکیب این دو اصل بنیادی گرفتند. آنها با استفاده از یک فرآیند
نانوریخته‌گری لایه‌ای از نانومیله‌های فولرینی هم‌راستای عمودیِ متصل شده بصورت
عرضی، ایجاد کردند. سپس فضای بین این نانومیله‌ها را با مخلوطی ساخته شده از یک
پلیمر فعال نوری و فولرین، پر کردند. این لایه، جداسازی موثر بار الکتریکی را تضمین
می‌کند و رسوخ نانومیله‌های فولرینی باعث انتقال منظم و بنابراین موثر بار می‌شود.
پیل‌های خورشیدی ساخته شده با این لایه نوری مرکب جدید، پایدار هستند و عملکرد عالی
دارند.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌یAngewandte Chemie
International Edition منتشر کرده‌اند.
