חוקרי הטכניון הצליחו לקטב גביש ננומטרי על ידי שינוי הרכבן של המולקולות המקיפות אותו

הדבר עשוי לשפר בעתיד באופן ניכר את יעילותם של תאים סולאריים מהדור השלישי

חוקרי הטכניון מהמרכז לננו-אלקטרוניקה ע”ש שרה ומשה זיסאפל הצליחו לקטב גביש ננומטרי על ידי שינוי הרכבן של המולקולות המקיפות אותו. כך פורסם בכתב העת המדעי היוקרתי Nature Materials.

הדוקטורנט ניר יעקבי-גרוס, בהנחיית ראש מרכז זיסאפל, פרופסור ניר טסלר, החליף חלק מהמולקולות המחוברות לפני השטח של גביש נומטרי, במולקולות מסוג אחר שהקבוצה הכימית או האטום המקשר אותן לפני השטח של הגביש – שונה. החוקרים גילו שחוסר אחידות בכיסוי המולקולרי גורמת לגביש להיות מקוטב חלקית. להבנת תהליך קישור המולקולה לגביש תרמה קבוצתו של פרופסור אשר שמידט מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון. כפי שהמאמר מראה, לגילוי עשויות להיות השלכות מרחיקות לכת בשיפור ניכר של יעילותו של התא הסולארי. מדובר בדור השלישי של תאים סולאריים הנמצאים כיום בפיתוח אינטנסיבי ברחבי העולם, בגלל עלותם הנמוכה יחסית (ולכן יש אפשרות לייצורם ההמוני). התאים הסולאריים אשר נמצאים בשימוש כיום הם ברובם על בסיס סיליקון, והם יקרים הן מבחינת עלותם והן מבחינת האנרגיה הדרושה לייצורם. הגילוי של חוקרי הטכניון משנה את יכולת הגביש הננומטרי לקבל או לתת אלקטרונים לחומר הנמצא בסביבתו ומדובר, למעשה, בשינוי תכונות הגביש.

“ננו גבישים מחומרים שונים משמשים לפיתוח מקורות אור ותאי שמש חדשים”, מפרט פרופסור טסלר. “הננו גביש נוצר בתמיסה, קוטרו  2-8 ננומטר והוא מצופה במולקולה אורגנית שמייצבת אותו ומאפשרת להמיס את הננו גבישים בנוזלים מתאימים. במצב זה התמיסה היא בעצם דיו שמכיל חומרים אופטו-אלקטרונים ולכן קיימת כיום פעילות רבה בעולם שמטרתה לשלב חומרים אלו בתחום של האלקטרוניקה המודפסת אשר תכלול יריעות תאורה או יריעות של תאי שמש”.

החוקרים מדגישים כי על מנת שאפשר יהיה לשלב חומרים חדשים אלו בהתקנים אופטו-אלקטרונים, חשוב להשיג שליטה על התכונות שלהם, כדי שניתן יהיה להתיחס אליהם כאל אבני בנין אשר משמשות להנדסה של התקן מתקדם.

בשלבים ראשונים של המחקר במרכז זיסאפל התגלה שניתן להשתמש במולקולה האורגנית כדי להזיז את המיקום היחסי של רמות האנרגיה של החלקיק. מה שהפתיע את החוקרים בשלב זה, הייתה העובדה שהגורם החשוב ביותר בהזזה זו, היה האטום שנמצא בקצה המולקולה ואשר מתחבר לננו גביש. החוקרים הראו שלא רק ניתן להזיז את רמות האנרגיה של ננו גביש יחסית לחומרים או ננו גבישים אחרים, אלא שאפשר, על אותו ננו גביש זעיר (שגודלו כ-4 ננומטרים) – לשנות חלקים שלו יחסית לאחרים. “מחקר זה מראה שהננו גביש, שהוא אי אורגני, והמולקולות האורגניות המקיפות אותו – מהווים ישות אחת היברידית של חומר אורגני ואי אורגני”, מדגיש פרופסור טסלר. הבחנה זו תחייב שינוי בגישות העיוניות שמנתחות ננו גבישים אלו תוך התעלמות מהחלק האורגני (מהמולקולה האורגנית המחוברת אליו), לרוב בשל ההנחה שהוא “רק תורם ליצירת תמיסה”.