Cambridge Üniversitesinde fizikçiler, organik güneş pillerinde (fotovoltaik hücre) elektronların hareketini ultra hızlı lazerlerle inceledi ve elektron geçişi sadece 18 femt saniye sürdü. Bu süre, tek bir molekülün titreşim süresiyle neredeyse aynı çıktı.
Güneş enerjisi sistemlerinde (güneş panelleri, fotodedektörler vb.) temel süreç şu şekilde işliyor: Işık bir malzemeye çarptığında, birbirine sıkıca bağlı enerji paketi “eksiton” (pozitif yüklü bir boşluk/hole ve negatif yüklü bir elektron çifti) oluşturur. Sistemin elektrik üretebilmesi için bu çiftin hızla ayrılması gerekir. Ayrışma ne kadar hızlı olursa, enerji kaybı o kadar az olur.
Bugüne kadar bilim insanları, ultra hızlı yük aktarımı için malzemeler arasında büyük enerji farkları ve güçlü bağlar gerektiğini düşünüyordu. Ancak bu özellikler, voltajı sınırlayarak verimliliği düşürebiliyordu. Cambridge ekibi, bu “verimlilik-hız” değişimini test etmek için bilerek zayıf bir sistem kurdu; neredeyse hiç enerji farkı olmayan bir polimer donör (verici) ve bir alıcı yan yana getirildi.
18 femtosaniyede elektron geçişi
Ekip, TS-P3 adlı bir polimer olan elektron vericiyi uyarmak için kısa bir lazer darbesi kullandı. Ardından, yük transferi sırasında sistemde meydana gelen değişimleri ölçmek için farklı bir lazer kullandı.
Bu yük transferi sadece 18 femtosaniyede gerçekleşti, yani tek bir molekülün titreşme süresi kadar kısa bir zamanda. Daha önce incelenen bazı sistemlerde bu süre 100 ila 200 femtosaniye arasında değişirken, çoğu sistemde bu süre bunun 10 ila 1000 katı daha uzun sürüyordu.
18 femtosaniye, saniyenin 20 katrilyonda birinden daha kısa bir süreye denk geliyor. Bir femtosaniye, saniyenin katrilyonda biri.
Phys org’un haberine göre, çalışmanın başyazarı, Cambridge Üniversitesi St John’s College’de araştırmacısı Dr. Pratyush Ghosh, “Bunun tek bir moleküler titreşim süresi içinde gerçekleştiğini görmek gerçekten olağanüstü.” dedi.
Çalışma sonuçları, organik güneş pilleri ve temiz hidrojen yakıtı üretmek için kullanılan fotokatalitik cihazlar gibi teknolojilere katkı sağlayabilir.
Kaynak: Nature Communications