سلول‌های خورشیدی پلیمری ارگانیک در راه است

سلول‌های خورشیدی پلیمری، که به خاطر وزن سبک و انعطاف‌پذیری خود معروف هستند، گزینه‌های عالی برای استفاده در گچت‌های پوشیدنی محسوب می‌شوند. با این وجود، گسترش کاربرد آن‌ها به دلیل نیاز به استفاده از حلال‌های هالوژن‌دار مضر در فرایند تولید دچار محدودیت هایی است.

به گزارش تکناک، این حلال‌ها خطرات مرتبط با محیط زیست و سلامتی را به همراه دارند و جاذبه استفاده از این سلول‌های خورشیدی را کاهش می‌دهند. متأسفانه، حلال‌های جایگزین ، قابلیت حلالی مشابهی ندارند و نیاز به دماهای بیشتر و زمان‌های پردازش طولانی‌تر دارند.

این مشکل، پذیرش و استفاده گسترده‌تر از سلول‌های خورشیدی پلیمری را دشوارتر می‌کند. با این حال، توسعه‌ی یک روش جدید که نیاز به حلال‌های هالوژن‌دار را از بین ببرد، می‌تواند کارآمدی سلول‌های خورشیدی ارگانیک را به طور چشمگیری افزایش دهد و آنها را برای استفاده در فناوری‌های قابل پوشیدن بهتر سازد.

در یک مطالعه اخیر، دانشمندان شرح می‌دهند که چگونه بهبود تعاملات مولکولی بین دهنده‌های پلیمری و پذیرنده‌های مولکولی کوچک، با به کارگیری مهندسی زنجیره‌های جانبی، می‌تواند به کاهش نیاز به استفاده از حلال‌های هالوژن‌دار در فرآیندهای تولید کمک کند.

یون-هی کیم، یک استاد در دانشگاه ملی گیونگ سانگ کره جنوبی، تأکید می‌کند که مورفولوژی ترکیبی از دهنده‌های پلیمری و پذیرنده‌های مولکولی کوچک تحت تأثیر تعاملات مولکولی بین آن‌ها است، که این تعاملات می‌توانند توسط انرژی‌های پیوندی بین مواد دهنده و پذیرنده تعیین شوند.

وی می‌گوید که وقتی تنش‌های سطحی بین دهنده‌ها و پذیرنده‌ها مشابه باشند، انتظار می‌رود که انرژی‌های پیوندی و تعاملات مولکولی بهینه‌تر باشند. برای افزایش خاصیت هیدروفیلی دهنده‌های پلیمری و کاهش جداسازی مولکولی، مهندسی زنجیره‌های جانبی می‌تواند یک رویکرد موثر باشد.

مهندسی زنجیره‌های جانبی فرایندی است که در آن یک گروه شیمیایی خاص، شناخته شده به عنوان زنجیره جانبی، به زنجیره اصلی یک مولکول افزوده می‌شود. این گروه‌های شیمیایی در زنجیره‌های جانبی بر ویژگی‌های مولکول بزرگ‌تر تأثیر می‌گذارند. دانشمندان فرضیه‌ای را مطرح کرده‌اند که اضافه کردن زنجیره‌های جانبی مبتنی بر اولیگواتیلن گلیکول (OEG) می‌تواند خاصیت هیدروفیلی دهنده‌های پلیمری را افزایش دهد، زیرا اتم‌های اکسیژن موجود در این زنجیره‌های جانبی به آن‌ها کمک می‌کند تا جذب آب شوند.

مولکول‌های هیدروفیلی به آب جذب می‌شوند، به این معنی که آن‌ها قابلیت مخلوط شدن یا حل شدن در آب را دارند. این ویژگی می‌تواند به بهبود تعاملات مولکولی بین دهنده‌های پلیمری و پذیرنده‌های مولکول کوچک کمک کند، که نتیجه آن کاهش نیاز به استفاده از حلال‌های هالوژن‌دار در فرآیندهای تولید است.

تفاوت‌ها در خاصیت هیدروفیلی بین دهنده‌های پلیمری و پذیرنده‌های مولکول کوچک می‌تواند بر روی نحوه تعاملات آن‌ها تأثیر بگذارد. با افزایش هیدروفیلی دهنده‌های پلیمری و بهبود تعاملات بین آن‌ها و پذیرنده‌های مولکول کوچک، می‌توان از حلال‌های فرآیندی غیر هالوژن‌دار استفاده کرد بدون اینکه کارآمدی سلول‌های خورشیدی تحت تأثیر قرار گیرد.

در حقیقت، سلول‌های خورشیدی پلیمری که با استفاده از زنجیره‌های جانبی مبتنی بر OEG ساخته شده‌اند و به یک دهنده پلیمری مبتنی بر بنزودیتیوفن متصل شده‌اند، نشان داده‌اند که بازده تبدیل انرژی بالاتری دارند، به طور خاص ۱۷.۷٪ در مقایسه با ۱۵.۶٪. این پیشرفت نشان می‌دهد که بهبود تعاملات مولکولی و افزایش هیدروفیلی می‌تواند راهکاری موثر برای افزایش کارآمدی سلول‌های خورشیدی پلیمری باشد ضمن اینکه از نیاز به استفاده از حلال‌های هالوژن‌دار خطرناک خلاصی پیدا می‌کند.