저가 유비쿼터스 태양 광을 현실에 가까워질 수 있는 진전으로, 미시간 대학교의 연구자들은 유기 태양 전지 및 다른 유기 반도체에 종종 사용되는 물질에서 이전에 가능하다고 생각했던 것보다 훨씬 더 전자를 이동시키는 방법을 발견했다.

지난 수년간 사람들은 유기물의 전도성이 좋지 않다고 인식해 왔지만, 이것이 항상 그런 것은 아니다.

오늘날 널리 사용되는 무기 태양 전지와 달리 유기물은 플라스틱과 같은 저렴한 탄소 기반 소재로 만들 수 있다. 제조업체는 다양한 색상과 구성으로 롤을 혼합하여 거의 모든 표면에 눈에 띄지 않게 라미네이트할 수 있다.

그러나 유기체의 나쁜 전도성은 이러한 연구 속도를 늦추고 있다. 연구팀은 연구 결과를 최근 네이처 (Nature, “Centimetre-scale electron diffusion in photoactive organic heterostructures”)에 상세히 발표했다.

연구팀은 버클 볼 (Buckyballs)이라고도 불리는 매력적인 탄소 분자인 플러렌 분자의 얇은 층이 전자가 광자에 의해 느슨해진 지점에서 수 센티미터까지 이동할 수 있음을 보여 주었다. 오늘날의 유기 전지에서는 전자가 수백 나노 미터 이하로 이동할 수 있다.

한 원자에서 다른 원자로 이동하는 전자는 태양 전지 또는 전자 부품에서 전류를 구성한다. 오늘날의 무기 태양 전지 및 기타 반도체에 사용되는 실리콘과 같은 물질은 전자가 재료를 통과하기 쉽도록 원자 네트워크를 단단히 묶여 있다.

그러나 유기 물질은 전자를 포획할 수 있는 개별 분자 사이에 훨씬 느슨한 결합을 한다. 이것은 오랫동안 유기물의 아킬레스 건 이었지만 새로운 발견은 특정 응용 분야에 대한 전도성을 조정할 수 있음을 보여준다.

이 발견은 유기 태양 전지와 다른 유기 반도체 디바이스를 디자인할 때 새로운 전략을 제공한다. 장거리 전자 전송의 가능성은 장치 아키텍처에서 새로운 가능성을 열어준다.

연구팀은 효율성을 높이기 위해 유기 태양 전지 아키텍처를 실험하고 있었기 때문에 이 현상의 초기 발견은 우연한 일이라고 말했다. 진공 열 증발이라고하는 일반적인 기술을 사용하여, 그들은 햇빛으로부터의 광자가 관련 분자에서 느슨한 전자를 발생시키는 유기 전지의 전력 생산 층 위에 60 개의 탄소 원자로 이루어진 C60 풀러린의 박막에 층을 이루었다. 풀러렌 위에서, 그들은 전자가 빠져 나가는 것을 막기 위해 또 다른 층을 씌웠다.

연구팀은 유기물에서 전자가 결코 보지 못했던 것을 발견했다. 전자는 전지의 발생 영역 밖에서도 물질을 통해 자유롭게 튀어 나오고 있었다. 수개월의 실험을 통해 풀러린 층이 음극으로 쌓인 전자가 전력 생성 층에 남아있는 양전하와 재결합하는 것을 방지하는 저 에너지 영역인 에너지 우물을 형성한다고 결론지었다.

전자가 그것에 빠져들어 나올 수 없는 일종의 협곡처럼 설명할 수 있다. 그래서 그들은 정상적으로 전력 생성 층에서 재결합하는 대신 풀러렌 층에서 자유롭게 움직인다. 이것은 장치의 어느 곳에서나 전자 전하를 수집할 수 있는 거대한 안테나와 같다.

연구팀은 태양 전지와 같은 응용 분야에서 이 발견을 널리 사용하는 것이 이 시점에서 이론적이라고 설명했다. 그러나 유기 반도체의 특성을 이해하고 이용하기 위한 발견의 더 큰 함의에 흥분하고 있다.

유비쿼터스 태양 광이 끊임없이 온난화되고 점점 더 혼잡 한 행성에 동력을 제공하는 열쇠라고 믿는다. 그것은 건물과 창문을 건축하는 것과 같은 일상의 물체에 태양 전지를 두는 것을 의미한다. 이와 같은 기술은 우리가 저렴하고 거의 보이지 않는 방식으로 전력을 발생시키는데 도움이 될 수 있다.