سلولهای خورشیدی ارگانیک (آلی) معمولاً نسبت به سلولهای خورشیدی سیلیکونی کم بازده‌تر هستند. اما هنوز هم بازاری برای آنها وجود دارد – و آنها زیبا و هیجان انگیز هستند. شیمیدانان NTNU با نوعی سلول خورشیدی کار می‌کنند که به آن سلول خورشیدی ارگانیک گفته می‌شود ، با فرآیندی ساخته شده است که باعث می‌شود آنرا نسبت  به رنگ حساس  کند. محققان الهام‌های ادراکی خود را از مولکولهای موجود در طبیعت که گیاهان هنگام گرفتن نور خورشید استفاده می‌کنند ، ترسیم کرده و ساختارهای مشابهی را در آزمایشگاه بازسازی کرده‌اند.

در مسابقه برای ساخت پریازده‌ترین سلولهای خورشیدی برای استفاده در فضای باز ، سلولهای خورشیدی دارای ویژگی حساسیت به رنگ رتبه‌ای نمی‌گیرند. سلولهای خورشیدی سیلیکونی برای این منظور مؤثرتر هستند. سلولهای خورشیدی ارگانیک (آلی) در هنگام کم نور بودن ، مانند فضای داخل خانه ، بهتر کار می‌کنند و تحقیقات مورد بحث در این مقاله برای سلولهای خورشیدی داخلی کاربرد دارد.

سلولهای خورشیدی آلی مزایای خاص خود برای بهره‌گیری در فضاهای سرپوشیده دارند. در مقایسه با سلولهای خورشیدی سیلیکونی ، آنها در شرایط روشنایی داخلی بسیار موثر هستند و همچنین می‌توانند در رنگ‌های مختلف قالب ، شفاف و یا متنوع ساخته شوند.

امروزه سلولهای خورشیدی آلی مبتنی بر رنگهای سبز و آبی تقاضای زیادی دارند. شرکتهای تجاری مانند شرکت سوئیسی H.Glass در تلاشند تا سلولهای خورشیدی حساس به رنگ را که در ساختمانها ادغام شده‌اند ، تجاری کنند. زیبایی شناسی در این کاربردها بسیار مهمتر است.

یکی دیگر از کاربردهای داخلی ممکن برای سلولهای خورشیدی آلی ، تأمین برق اجزای مختلف متصل به “اینترنت اشیاء” ، مانند سنسورهای مختلف در خانه‌های هوشمند است. همچنین قابل تصور است که می‌توان از سلولهای خورشیدی آلی برای تأمین دستگاههایی مانند تبلت و لپ‌تاپ استفاده کرد که عمر باتری را افزایش می‌دهند و شارژ را غیر ضروری می‌کند.

 Audun Formo Buene  دکتری اخیرا  فارغ التحصیل شده گروه شیمی NTNU می‌گوید “ما به تحقیق در مورد این فناوری ادامه می‌دهیم حتی اگر سلولهای خورشیدی دیگری برای استفاده در فضای باز موثرتر باشند. این به این دلیل است که ما معتقدیم که این سلولهای خورشیدی آینده‌ای دارند و به این دلیل که شیمی فوق‌العاده هیجان انگیز است. ”  این کار به تحقیق بین رشته‌ای و ترکیب شیمی آلی ، فناوری مواد ، الکترونیک و فیزیک نیاز دارد. اما محققان دقیقاً چه می کنند؟

یک سلول خورشیدی آلی کمی شبیه به ساندویچ بین دو صفحه شیشه‌ای ساخته شده است که الکتریسیته را هدایت می‌کنند: یک لایه نازک از ذرات پرمنفذ اکسید تیتانیوم یک سطح بزرگ با فضای متنوعی از رنگ‌ها را فراهم می‌کند. هنگام گرفتن نور ، رنگها یک الکترون ساطع می‌کنند و مدار را می‌توان با یک محلول الکترولیت بست.

انواع مختلف سلولهای خورشیدی آلی وجود دارند. آنها از مواد آلی مختلفی برای گرفتن نور خورشید استفاده می‌کنند که عبارتند از سلولهای خورشیدی حساس به رنگ ، پلیمرها یا پرولوسکیتهای آلی هالید.

علی‌رغم اینکه سایر انواع سلول‌های خورشیدی در مقایسه با سلول‌های آلی برای استفاده در فضای باز پربازده‌تر می‌باشند، اما محققان همچنان در حال کار بر روی توسعه سلولهای آلی در آزمایشگاه می باشند.

جنبه دیگر سلولهای خورشیدی آلی این است که پژوهش حاضر بلوک های ساختماری مهمی را در مسیر رسیدن به یک انقلاب سلولی خورشیدی دیگر قرار می دهد: پروسکایت معدنی.

پرووسکایت‌ها از ساختار کریستالی بسیار خاص برخوردار هستند. این ماده معدنی کاربردهای بی شماری دارد و اغلب در ابررساناها یافت می شود. جایگزینی مولکولهای رنگی با پروسکایت ایجاد سلولهای خورشیدی بسیار پربازده را ممکن می سازد ، اگرچه پایداری با گذشت زمان برای این فناوری چالشی بوده است. در آزمایش‌های آزمایشگاهی ، اخیراً نشان داده شده است که اندازه‌گیری سلول‌های خورشیدی پروسکایت دارای بازده‌هایی در همان سطح سلول‌های خورشیدی سیلیکون است.

وی گفت: “از زمان دستیابی به موفقیت پرووسکایت ، رقابت بین جوامع تحقیقاتی افزایش یافته است. همه می‌خواهند اولین کسی باشند که سلولهای خورشیدی پرووسکایت پایدار و پربازده ایجاد می‌کنند. با توجه به پرووسکایت ، این بدان معناست كه رازداری كمتر و همکاری بیشتر بین گروههای تحقیقاتی كه با سایر انواع سلولهای خورشیدی آلی كار می كنند وجود دارد. “

بازدهی مهمترین عامل برای همه سلول‌های خورشیدی است. کار بوئین و همکارانش بیشتر بر افزایش بازدهی متمرکز شده است. مولکولهای رنگ باید با طیف نور تطبیق داده شوند ، اما آنها همچنین باید چندین سال در سلول خورشیدی پایدار بمانند.

گروه تحقیقاتی در NTNU با یک کلاس رنگ که متعلق به گروه فنوتیازین ترکیبات آلی است ، همکاری گسترده ای داشته است. پودرهای رنگی یا کریستال‌ها اغلب یک رنگ قرمز زیبا و براق عمیق هستند. اما تحقیقات نشان می دهد که از سلولهای در حال توسعه بیشتر با این نوع رنگ ، نمی توان سود کمی داشت ، بنابراین محققان تحقیق در مورد طبقه دیگری از ماده را آغاز کردند.

بوین بطور سیستماتیک کار کرده است: او گروههای مختلف اتمی را مطالعه کرده و ترکیب را در قسمتهای مختلف ساختار مولکولی تغییر داده است. هدف او این است که بفهمد چه چیزی رنگ را خوب یا بد می‌کند و چگونه در آینده رنگهای بهتری ایجاد کند. این مانند معمایی است که قبل از تلاش برای فهمیدن اینکه آیا آنها مناسب هستند یا نه ، کجاست؟

کار زیادی باید انجام شود قبل از اینکه سلولهای خورشیدی به اندازه کافی پربازده و ارزان شوند تا این فناوری را در حوزه تجاری قابل استفاده کنند. با این وجود چندین شرکت در تلاشند تا این فناوری را تجاری کنند و شاید روزی بتوانید این سلولهای خورشیدی را در اتاق نشیمن خود داشته باشید.