Araştırmacılar organik malzemelerdeki dalga gibi davranan elektronların sürpriz keşfinden dolayı organik nanoyapılardaki “eş uyumu” ayarlayabilmeleri mümkün oldu. Bu da güneş enerjisinde bir devrime neden olabilir. Çünkü organik güneş pillerinde veya güneş hücrelerinde “uzun ömürlü yüklerin” üretilmesinin önü açılmış oldu.
Femtosaniye laser atımlarını üreten deney düzeneği. Credit: Simon Gelinas / Cambrigde Üniversitesi
Ultrahızlı bir kamera kullanılarak, bilim insanları henüz yapay organik nanoyapılar içine ışığın absorbe edilmesini takip eden anları ilk kez gözlediler. Bu gözlemde yüklerin sadece hızlı bir şekilde oluşmasını değil aynı zamanda çok hızlı bir şekilde uzak mesafelere ayrıldıklarını buldular. Bu olgu ise kuantum mekaniğin temel yasalarının sonucu olan elektronların dalga doğasından dolayı oluşmaktadır.
Bu sonuç da bilim insanlarını şaşırttı çünkü böyle bir olgunun pahalı inorganik yapılarla sınırlı olduğuna inanılıyordu, oysa yumuşak, esnek organik malzemeler oldukça ucuz, kolaylıkla esneyebilen güneş hücrelerinin yapılmasında rol oynayabilen malzemelerdir. Bu olgunun bu malzemelerde de kullanılabiliyor durumda olması, organik malzemeleri daha önemli kılabilir.
Araştırmacıların çalışması Science dergisinde 12 Aralık 2013 tarihinde yayınlandı ve bu çalışma birbirinden etkin bir şekilde ayrılmış pozitif ve negatif yüklere izin veren gizemli bir mekanizmanın üzerine yeni bir ışık tuttu. Araştırmacılar böylelikle güneş ışığını toplamada ve enerjiye dönüştürülmesinde yüksek verimliliğe sahip tıpkı bir fotosentezin etkili bir taklidi gibi etkin bir çözüme bir adım daha yaklaştılar. Elbette ki fotosentezdeki yüksek verimliliği güneş hücrelerinde bekleyemeyiz ama bu sürecin iyi bir taklidini nanoteknoloji ile yapabiliriz.
Araştırmacılardan Cambridge Üniversitesi Cavendish Laboratuvarı’ndan Dr. Simon Gêlinas şu açıklamalarda bulundu,
“Bu oldukça sürpriz bir sonuç. Böyle bir kuantum olgu genellikle inorganik yarıiletkenlerin mükemmel kristalleriyle sınırlıdır ve organik moleküllerde böyle etkiler pek de beklenen bir şey değildir. Sonuçta organik moleküller oldukça düzensizdirler ve bir kristalden ziyade pişmiş bir spagetti tabağına benzeme eğilimindedir.”
Saniyenin bir milyarda birinin bir milyonda birinde yani birkaç femtosaniyesinde her bir yük ayrılır ve tek bir yük olarak lokalize olmaktansa çok sayıda molekülün üzerinde kendisini yaymaktadır. İşte bu olguya uzaysal eş uyumu denir ve bir yükün kendi zıt yük ortağından kaçıp birkaç nanometreyi çok hızlı bir şekilde geçmesine izin verir. Bu uzun ömürlü yükler üretir ve böylece bu durum elektrik üretmek veya kimyasal reaksiyonlar için kullanılabilir.
Eş uyum gibi temel kuantum mekaniksel süreçlerin düzensiz olan organik ve biyolojik sistemlerde nasıl kritik bir rol oynadığı anlaşılırsa bu yeni kuantum teknolojileri ile birleşebilir.
Gökhan Atmaca, MSc. facebook.com/anadoluca | twitter.com/kuarkatmaca
Kaynak:
http://www.cam.ac.uk/research/news/quantum-waves-at-the-heart-of-organic-solar-cells
