Organik yarı iletken araştırmalarında yeni bir atılım: Organik güneş pillerinin iletkenliğini etkili bir şekilde iyileştirin!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Michigan Eyalet Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, elektronların güneş pillerinde ve diğer organik yarı iletkenlerde yaygın olarak kullanılan malzemelerde daha uzağa gitmesine izin veren yeni bir yöntem geliştirdi. Bilimsel araştırmalardaki bu atılımın, düşük maliyetli, her yerde bulunan güneş pillerini gerçeğe dönüştürmesi bekleniyor.
arka fon
Tipik bir yeni enerji kaynağı olan güneş enerjisi, temiz, yenilenebilir, kirlilik içermeyen ve elde edilmesi kolay olma avantajlarına sahiptir. Belki de yakın gelecekte güneş enerjisinin kullanımı daha etkili ve kullanışlı hale gelecektir. Güneş pilleri etrafımızda her yerde bulunacak, örneğin pencereler ve duvarlar, arabalar, akıllı telefonlar ve tabletler gibi nesnelerde güneş pilleri görülecektir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Günümüzde yaygın olarak kullanılan inorganik güneş pillerinin aksine, organikler plastik gibi ucuz, esnek karbon bazlı malzemelerden yapılabilir. Üreticiler, farklı renk ve konfigürasyonlarda büyük miktarlarda rulolar üretir ve ardından bunları hemen hemen her yüzeye dikkatlice lamine eder.
Mevcut inorganik silikon güneş pilleri ile karşılaştırıldığında, organik bileşenlerden oluşan fotovoltaik güneş pillerinin daha belirgin avantajları vardır. Örneğin, daha ucuz, üretimi daha kolay, hafif, yumuşak ve şeffaftır. Ayrıca birçok organik madde güneş ışığının ultraviyole ve kızılötesi kısımlarını emebilir, ancak çıplak gözlerimizin algılayabildiği görünür ışığı iletebilir. Bu nedenle, enerjiyi emmek için çevremizdeki nesnelerin yüzeylerine organik güneş pilleri yerleştirilebilir ve insan gözü tarafından kolayca görülmez.
(Fotoğraf kredisi: Richard Lunt / Michigan Eyalet Üniversitesi)
Bununla birlikte, organik maddelerin zayıf iletkenliği, organik güneş pillerinin araştırma sürecini yavaşlatan "kötü şöhretli" olmuştur.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Michigan Eyalet Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, elektronların güneş pillerinde ve diğer organik yarı iletkenlerde yaygın olarak kullanılan malzemelerde daha uzağa gitmesine izin veren yeni bir yöntem geliştirdi. Bilimsel araştırmalardaki bu atılımın, düşük maliyetli, her yerde bulunan güneş pillerini gerçeğe dönüştürmesi bekleniyor.
(Resim kaynağı: Robert Coelius, Mühendislik Bölümü, Michigan Eyalet Üniversitesi)
17 Ocak'ta Nature dergisinde yayınlanan bir makale, bu araştırmanın sonuçlarını ayrıntılı olarak anlattı. "Fotoaktif Organik Heteroyapılarda Santimetre Ölçekli Elektron Difüzyonu" (Fotoaktif Organik Heteroyapılarda Santimetre Ölçekli Elektron Difüzyonu) başlıklı araştırma, ABD Enerji Bakanlığı'nın SunShot projesi ve ABD Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Dairesi tarafından desteklenmiştir.
teknoloji
Michigan Eyalet Üniversitesi'nde mühendislik profesörü olan Stephen Forrest şunları söyledi: "İnsanlar yıllardır zayıf organik iletkenliği kaçınılmaz bir gerçek olarak görüyorlar. Ancak, bu çalışma bunun her zaman böyle olmadığını gösteriyor." Forrest, bu keşfin oyunu değiştireceğine inanıyor. kural.
Elemental karbonun üçüncü allotropundan bahsetmek zorundayım: Fullerene. Fulleren, tek bir karbon elementinden oluşan ve küresel, eliptik veya boru şeklinde bir yapıda bulunan herhangi bir maddeyi ifade eder. Top şeklindeki fullerene, futbol gibi, futbolen veya buckyball transliterasyon olarak da adlandırılır.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Ekip, bir foton tarafından gevşetilen ince bir fulleren molekülü tabakası üzerinde bir nokta varsa, elektronların bu noktadan birkaç santimetreye kadar gidebileceğini doğruladı. Günümüzün organik pillerinde elektronlar yalnızca birkaç yüz nanometre veya daha yakın bir mesafeye gidebilir. Bu nedenle önemli bir gelişmeyi temsil etmektedir.
Elektronlar bir atomdan diğerine hareket ederek güneş pillerinde veya elektronik bileşenlerde bir akım oluşturur. Günümüzün inorganik güneş pillerinde veya silikon gibi diğer yarı iletkenlerde kullanılan malzemeler atom ağını sıkıca bağlayarak elektronların malzemeden daha kolay geçmesine izin verir.
Bununla birlikte, organik materyallerin ayrı molekülleri arasındaki bağlantılar daha gevşektir ve bu nedenle elektronları yakalar. Bu her zaman organik elektronik cihazların ölümcül anahtarı olmuştur. Ancak yeni bulgular, özel uygulamalar için organik elektronik cihazların iletkenliğinin biraz değiştirilebileceğini gösteriyor.
Elektronların organik yarı iletkenlerde daha özgürce hareket etmesine izin vermenin daha derin bir önemi vardır. Örneğin, günümüzün organik güneş pillerinin yüzeyi, üretilmeye başladıkları yerde elektronları toplayan iletken elektrotlarla kaplanmalıdır. Bununla birlikte, serbestçe hareket eden elektronlar başlangıç noktasından uzakta toplanabilir. Bu, üreticilerin iletken elektrotları görünmez ızgaralara çekmesine olanak tanıyarak pencerelerde ve diğer yüzeylerde kullanılan şeffaf pillerin önünü açacak.
Michigan Eyalet Üniversitesi Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü'nde yüksek lisans öğrencisi ve makalenin yazarlarından biri olan Burlingame, bu olgunun bir kazadan kaynaklandığının keşfedildiğini söyledi.Ekip, verimliliğini artırmak umuduyla organik güneş pili mimarisi üzerinde deneyler yapıyordu. Organik pilin elektrik üreten katmanının üzerinde yer alan, her bir katman 60 karbon atomundan oluşan C60 fullerenes'i katmanlamak için "vakumlu termal buharlaştırma" adı verilen yaygın bir teknik kullandılar. Elektrik üreten katmanda, güneş ışığındaki fotonlar elektronlarla çarpışarak elektronlar ve bunlarla ilişkili moleküller arasındaki bağlantıyı gevşetir. Fullerenin üstüne, elektronların kaçmasını önlemek için başka bir katman yerleştirdiler.
Daha önce organik maddede hiç bulunmayan bir fenomeni keşfettiler: elektronlar malzeme içinde kısıtlama olmaksızın taşınır ve hatta pilin elektrik üreten katmanının dışına bile ulaşır. Birkaç ay süren deneylerden sonra, "potansiyel kuyu" denilen bir kuyu oluşturmak için fulleren kullanmaya karar verdiler Bu düşük enerjili bölge, negatif yüklü elektronların elektrik üreten katmanda kalan pozitif yüklerle yeniden birleşmesini engelliyor.
(Resim kaynağı: Robert Coelius, Mühendislik Bölümü, Michigan Eyalet Üniversitesi)
Michigan Eyalet Üniversitesi Fizik Bölümü'nde yüksek lisans araştırmacısı ve makalenin yazarlarından biri olan Caleb Cobourn, "Potansiyel kuyuları elektriğin çıkamayacağı bir tür kanyon olarak düşünebilirsiniz. Böylece fulleren katmanında serbestçe hareket etmeye devam ederler ve Elektrik üreten katmanda yeniden birleşmek yerine, genellikle yeniden birleşirler. "
değer
Quinn Burlingame, "Bu keşif bize organik güneş pillerini ve diğer organik yarı iletken cihazları tasarlamamıza yardımcı olacak yeni bir fırsat sunuyor. Uzun mesafeli elektron iletimi, cihaz mimarisi için birçok yeni olasılık getiriyor."
Forrest, güneş pilleri gibi çok çeşitli kullanımları araştıran bu araştırmanın artık teorik olduğunu söyledi. Bununla birlikte, organik yarı iletkenlerin özelliklerini anlama ve geliştirmede bu araştırmanın derin önemi konusunda heyecanlandı.
Forrest şunları söyledi: "Her yerde bulunan güneş enerjisinin sürekli ısınan ve kalabalık gezegenimiz için kritik önem taşıdığına inanıyorum. Üstelik bu, güneş pillerinin bina cepheleri ve pencereler gibi günlük nesnelerde görünebileceği anlamına geliyor. Daha ucuz ve neredeyse görünmez bir şekilde elektrik üretmemize yardımcı olacak. "
Anahtar kelime
Güneş enerjisi, piller, organik elektronik
Referans
[1]
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
