تیمی از محققان به سرپرستی پروفسور فیلیپ سی وای چاو از دپارتمان مهندسی مکانیک دانشگاه هنگ کنگ (HKU) پیشرفت قابل توجهی در زمینه فتوولتائیک های آلی داشته اند.
تحقیقات آنها با عنوان “نقش نفوذ دهنده گیرنده سطحی در سلول های خورشیدی تمام پلیمری کارآمد و پایدار، راه را برای راه حل های انرژی خورشیدی پایدارتر و بادوام برای کاربردهای روزانه هموار می کند.
فتوولتائیک های آلی (OPV)، که از نیمه هادی های پلیمری مقرون به صرفه، قابل چاپ و سازگار با محیط زیست استفاده می کنند، دارای پتانسیل فوق العاده ای برای تولید انرژی پایدار و تجدیدپذیر هستند. با این حال، به دلیل ماهیت نرم پلیمرها، دستیابی به دستگاه های OPV با راندمان بالا و پایداری عملیات طولانی مدت یک چالش تحقیقاتی طولانی مدت بوده است.
کار تیم تحقیقاتی چگونگی غلبه بر این چالش را کشف کرده است. این تیم تحقیقات خود را بر روی نوع جدیدی از مولکول پذیرنده الکترون به نام Y6 متمرکز کردند که وقتی پلیمریزه شود، نویدهای زیادی در توانمندسازی دستگاه‌های OPV کارآمد و پایدار نشان داده است. با بررسی دینامیک شارژ فوق سریع با استفاده از پالس های لیزر فمتوثانیه، محققان برای اولین بار کشف کردند که کنترل درجه تجمع پذیرنده های Y6 پلیمریزه شده (Y6-PAs) نقش مهمی در ارتقای تولید برق دارد.
تیم تحقیقاتی همچنین نشان داد که Y6-PA ها امتزاج پذیری بالاتری با پلیمر دهنده در مقایسه با گیرنده های مولکولی کوچک از همان نوع نشان می دهند. این امتزاج‌پذیری امکان تشکیل یک شبکه نفوذی در مقیاس نانو را در رابط اتصال ناهمگون فراهم می‌کند و از تجمع Y6-PAs جلوگیری می‌کند. این نفوذ در مقیاس نانو نه تنها کارایی تولید بار را افزایش می دهد، بلکه پایداری مورفولوژی ترکیب پلیمری را نیز به طور قابل توجهی بهبود می بخشد و از دست دادن عملکرد دستگاه در طول زمان در مواجهه با نور خورشید را کاهش می دهد.
در پاسخ به این پیشرفت، پروفسور فیلیپ سی وای چاو ابراز اشتیاق کرد و اظهار داشت: “کشف ما فرصت های جدیدی را برای توسعه پانل های خورشیدی PV مبتنی بر پلیمر کارآمد و پایدار می گشاید و راه را برای راه حل های انرژی خورشیدی پایدارتر و بادوام تر هموار می کند. به طور یکپارچه در محیط ما، از جمله ساختمان ها، وسایل نقلیه، محصولات الکترونیکی و حتی لباس ها ادغام شود.”
این مطالعه با همکاری تیم پروفسور هارالد آد از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی در ایالات متحده، تیم پروفسور یوانپینگ یی از موسسه شیمی، آکادمی علوم چین و تیم پروفسور هین لپ ییپ از دانشگاه شهر هنگ کنگ انجام شد. این همکاری بین رشته‌ای امکان ادغام تخصص از گروه‌های تحقیقاتی متعدد، از جمله طیف‌سنجی نوری فوق سریع، مدل‌سازی شیمیایی کوانتومی، پراکندگی پرتو ایکس سنکروترون و ساخت دستگاه سلول‌های خورشیدی را فراهم کرد. دکتر ژن وانگ، عضو فوق دکترا در تیم پروفسور چاو در HKU، اولین نویسنده این مطالعه بود.
.Materials provided by The University of Hong Kong. Note: Content may be edited for style and length
