Organiskie pusvadītāji ļauj izgatavot lētas un lokanas saules batarejas un diodes PDF Drukāt E-pasts
Sunday, 10 September 2006

Image Iedomājieties T-kreklu, ko var ieslēgt kā spuldzi vai lietussargu, kas savāc pietiekami daudz Saules enerģijas, lai darbinātu pārnēsājamu televizoru. Un kā ar tiešām lētām saules batarejām uz jūsu mājas jumta?

Viss šis un, iespējams, daudz vairāk var kļūt par realitāti pateicoties Kornela universitātē veiktajiem pētījumiem, kas demonstrējuši darbībā jauna veida no organiska materiāla izgatavotu pusvadītāju, kam piemīt elektroluminiscences īpašības un kas darbojas kā fotovoltiskais elements.

Zinātnieku izstrādatajā ierīcē pirmo reizi tiek izmantots tā saucamais "jonu robežslāni", kas pēc zinātnieku vārdiem var ievērojami paaugstināt šādas konstrukcijas sniegumu. Tā kā organiskie pusvadītāji var tikt izgatavoti plānās, lokanās loksnēs, ar to palīdzību iespējams izveidot displeju uz drēbes gabala vai papīra lapas.

"Lokans nozīmē zemas ražosanas izmaksas", saka Džordžs Maljaras, Kornela universitātes materiālu un inženierzinātņu asociētais profesors, kura laboratorījā veikti šie pētījumi. Tas nozīmē, ka cits šī zinātniskā darba rezultāts var būt masveidā ražojamas lētas saules batarejas.

Šie zinātnieku darba rezultāti ir aprakstīti publikācijā 7.septembra žurnālā "Science".

Pusvadītāji, neatkarīgi no tā vai tie ir organiski vai nē, ir materiāli, kas satur vai nu pārākumu brīvu elektronu (N-tipa pusvadītāji) vai "caurumu" (P-tipa pusvadītāji). "Caurumi" ir vietas, kurās atoma struktūrā vajadzētu atrasties elektronam, bet tā tur nav, un tādēļ atoms iegūst pozitīvu lādiņu. N- un P-tipa pusvadītāju materiāli var tikt savienoti veidojot tranzistorus vai diodes. Kornela universitātes zinātniekiem izdevās spert soli tālāk, izveidojot diodi no organiska pusvadītājmateriāla, kas satur brīvus jonus. To panāca sakausējot kopā divu materiālu, viens no kuriem satur pozitīvus, bet otrs- negatīvus jonus, slāņus un pievienojot tiem plānas strāvu vadošas plēves. Viena no šīm strāvu vadošajām plēvēm ir caurspīdīga un ļauj gaismai piekļūt pusvadītājam un izkļūt no tā.

Vietā, kur šo divu materiālu slāņi saskaras, joni migrē no viena materiāla otrā līdz iestājas līdzsvars. Pēc zinātnieku teiktā process ir identisks tam, kas notiek silīcija diodē, kur elektroni un "caurumi" migrē, šķērsojot robežslāni.

Kad šai konstrukcijai pievada spriegumu, caur materiālu savienojuma vietu plūst strāva, liekot elektroniem pārvietoties vienā virzienā, bet "caurumiem"- pretējā. Jonu migrācija šķērsojot robežslāni rada spriegumu, kas ietekmē to, kā elektroni mijiedarbojas ar "caurumiem". Tas paaugstina molekulu enerģiju, kas to ātri atbrīvo gaismas kvantu- fotonu veidā. Robežslānis rada "intensīvu gaismas emisiju"- tā zinātnieki apgalvo savā publikācijā.

No otras puses, tad kad materiālu apspīd spilgta gaisma, molekulas absorbē fotonus, kas izsauc elektronu atbrīvošanos, kas rada elektrisko strāvu.

Elektrisko lādiņu kopums arī ļauj elektroniem un caurumiem viegli šķērsot robežslāni vienā virzienā, bet tikai nedaudz pretējā. Pēc zinātnieku vārdiem ir iespējams mainīti jonu lādiņu konfigurāciju pieslēdzot ierīci spriegumam un tā "sakot" tai, kad vadīt strāvu un kad ne. Šādā veidā organiskās diodes būtu iespējams izmantot kā komponentes datoru atmiņā.

Tā kā šī ierīce tika iegūta sakausējot divu lokanu materiālu slāņus, šādu ierīču masveida ražošana pēc Džordža Maljaras vārdiem, varētu būt ļoti lēta vienkārši sakausējot kopā materiālus, kas piegādāts ruļļos. Nākamais solis pēc zinātnieka vārdiem ir metālu satura izmainīšana materiālā, lai padarītu to efektīvāku. "Ir tonnām materiāla, ko mēs varam lietot", biebilst Maljaras.

Attēlā: Robežslāņa starp diviem organiskiem pusvadītājiem- antracēna atvasinājuma, kas satur brīvus pozitīvus jonus un rutēnija kompleksa, kas satur negatīvus jonus. Savienojot šos slānus, joni difundē šķersojot robežslāni un radot enerģijas potenciālu atšķirību, kas veicina rektifikāciju, elektroluminiscenci un fotovoltisku efektu. eksperimenta ietvaros šie materiāli tika ieslēgti starp diviem elektrodiem, kas izgatavoti no zelta un indija un alvas oksīdiem. Attēls no physorg.com.

Virums.lv pēc physorg.com materiāliem.