นาซาได้ทำการทดสอบเทคโนโลยีโซลาร์เซลล์รูปแบบใหม่

เซลล์แสงอาทิตย์แบบออร์แกนิกนั้นบางกว่าเซลล์ที่ทำจากซิลิกอนแบบดั้งเดิม และมีความยืดหยุ่นและน่าจะผลิตได้ง่ายกว่า เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าประจุเดินทางผ่านฟิล์มโพลีเมอร์อย่างไร Elisa Palacino-González นักวิจัยหลังปริญญาเอกในกลุ่ม Theory of Condensed Matter ที่สถาบัน Zernike Institute for Advanced Materials มหาวิทยาลัย Groningen (เนเธอร์แลนด์) อธิบายว่า "ฟิล์มเหล่านี้ประกอบขึ้นจากผู้ให้อิเล็กตรอนและตัวรับอิเล็กตรอน" 'ค่าใช้จ่ายจะถูกแยกออกจากกันตามสายโซ่โพลีเมอร์ที่พันกันและถ่ายโอนจากผู้บริจาคไปยังผู้รับในช่วงเวลาที่ต่ำกว่า 100 เฟมโตวินาที ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องมีการศึกษาเชิงทฤษฎีและการจำลองเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการนี้' โอนเงินค่า ระบบที่ Palacino-González ศึกษาประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำพลาสติก P3HT เป็นตัวรับ และ PCBM ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่มี C60 'บัคกี้บอล' เป็นตัวรับ 'เราต้องการทราบว่าประจุไฟฟ้าผ่านวัสดุอย่างไร เพื่อทำความเข้าใจว่าวัสดุนี้จับและขนส่งพลังงานอย่างไร เพราะหากเราเข้าใจสิ่งนี้ก็อาจควบคุมมันได้' การศึกษาเชิงทดลองของวัสดุให้ข้อมูลบางอย่าง แต่เฉพาะในกระบวนการจำนวนมากเท่านั้น 'ดังนั้นเราจึงรวมการจำลองไดนามิกของโมเลกุลเพื่อตรวจสอบการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในวัสดุด้วยการคำนวณทางเคมีควอนตัมเพื่อสร้างแบบจำลองทางอะตอมของโพลิเมอร์ของผู้บริจาค โดยใช้ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นขึ้นกับเวลา' การศึกษาเชิงทฤษฎีเหล่านี้ดำเนินการโดยใช้โพลิเมอร์ของผู้บริจาคที่ประกอบด้วยโมโนเมอร์สิบสองตัว 'เรามุ่งเน้นไปที่ผู้บริจาคเป็นหลักเพื่อศึกษาว่าสิ่งกระตุ้นในเนื้อหาเกิดขึ้นได้อย่างไร' โซลาร์เซลล์ การจำลองไดนามิกของโมเลกุลแสดงการเคลื่อนที่ในสถานะพื้นเนื่องจากผลกระทบจากความร้อน Palacino-González คำนวณสิ่งนี้เป็นระยะเวลา 12.5 พิโควินาที ซึ่งเพียงพอที่จะศึกษาการถ่ายโอนประจุเฟมโตวินาที การทดลอง 'และขั้นตอนต่อไปก็คือการซ้อนโลกควอนตัมลงบนโมเลกุลเหล่านี้' Palacino-González กล่าวต่อ ในการทำเช่นนี้ เธอเริ่มต้นด้วยหรี่ไฟ 'โมโนเมอร์สองตัวที่อยู่ติดกันในสายโซ่โพลีเมอร์จะมีปฏิสัมพันธ์กัน พวกมัน 'พูดคุย' ซึ่งกันและกัน สิ่งนี้ทำให้ระดับพลังงานของทั้งคู่แตกแยก' Palacino-Gonzálezอธิบาย เธอสร้าง 'ลายนิ้วมือ' ของพลังงานไดเมอร์ในรูปของแฮมิลตัน ซึ่งเป็นเมทริกซ์ที่มีข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับระบบโมเลกุล 'เมื่อโมโนเมอร์ 2 ตัวเรียงตัวขนานกัน ทั้งสองจะเชื่อมต่อกันและพูดคุยกัน แต่เมื่อพวกเขาทำมุม 90 องศา การโต้ตอบจะน้อยมาก' มุมดังกล่าวก่อให้เกิดการหงิกงอในโมเลกุล ซึ่งขัดขวางการถ่ายโอนพลังงานไปตามสายโซ่โพลิเมอร์ Palacino-González กล่าวว่า "การวิเคราะห์ทางสถิติของวัสดุจำลอง ซึ่งประกอบด้วยโพลิเมอร์ 845 ชิ้น แสดงให้เห็นว่าประมาณครึ่งหนึ่งมีการเรียงตัวกันอย่างสมบูรณ์ ในขณะที่อีกครึ่งหนึ่งมีรอยหักงอหนึ่งหรือสองส่วนเป็นส่วนใหญ่" Palacino-González กล่าว จากไดเมอร์ เธอคำนวณแฮมิลตันได้ 12 เมอร์ (ประกอบด้วยไดเมอร์ 6 ตัว) การคำนวณของเธอรวมถึงจำนวนการหักงอที่แตกต่างกันในโพลิเมอร์ของผู้บริจาค 12 เมอร์ 'การศึกษาเหล่านี้แสดงการกระจายพลังงานไปตามโพลิเมอร์และให้แบบจำลองที่เหมือนจริงแก่เราเพื่อระบุลักษณะผลกระทบของสิ่งแวดล้อมที่สร้างขึ้นโดยวัสดุต่อสัญญาณสเปกตรัมของพอลิเมอร์ตัวรับ ซึ่งเทียบได้โดยตรงกับการทดลองปัจจุบันเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้' คำอธิบายที่สมจริง แม้ว่าแบบจำลองจะมีข้อจำกัด เนื่องจากช่วยให้มอนอเมอร์โต้ตอบกับเพื่อนบ้านโดยตรงเท่านั้น ผลลัพธ์ที่ได้จึงให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับผลการทดลอง 'การคำนวณของเรามาจากหลักการแรก และนี่เป็นครั้งแรกที่มีการวิเคราะห์ดังกล่าว รวมถึงคำอธิบายที่เหมือนจริงของสภาพแวดล้อมแบบผสมผสาน สำหรับเนื้อหานี้ ซึ่งหมายความว่าตอนนี้เราสามารถช่วยอธิบายสเปกตรัมที่เกิดจากการศึกษาทดลองด้วยส่วนผสมของ P3HT/PCBM ตัวอย่างเช่น เราสามารถแสดงให้เห็นว่าการกระจายขนาดเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยแสงเลเซอร์ได้อย่างไร' Palacino-González กล่าว 'ตอนนี้เราสามารถดูกระบวนการถ่ายโอนค่าใช้จ่ายที่รวดเร็วเป็นพิเศษ จากผู้บริจาคไปยังผู้รับได้ สิ่งนี้จะสร้างแรงบันดาลใจในการศึกษาเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์และช่วยให้นักทดลองเข้าใจผลลัพธ์ของมัน'