الخلايا الكهروضوئية العضوية

​

^مقدمة:

تسمى الخلايا الشمسية العضوية أو الخلايا الشمسية البلاستيكية هي خلايا كهروضوئية نموذجية تصنع من الالكترونيات العضوية، وهي جزيئات عضوية صغيرة أو بوليميرات عضوية ناقلة تقوم بإنتاج الطاقة الكهربائية من الضوء بالأثر الكهروضوئي، وأغلب الخلايا الشمسية العضوية هي خلايا بوليميرية.^

**الروابط المترافقة في المواد العضوية العضوية:**

& تمتلك المواد العضوية الإمكانيات لتطوير تقنية اقتصادية بعيدة المدى لإنتاج الطاقة على النطاق الواسع باستخدام مواد متوفرة بشكل كبير وليس لها أي آثار بيئية ضارة، وأقل كلفة من المواد غير العضوية المستخدمة في تقنيات الخلايا الكهروضوئية مثل السيليكون، تمتلك هذه المواد معاملات امتصاص عالية للضوء لذلك يمكن تشكيل خلايا شمسية رقيقة جداً منها، كما يمكن تصنيعها بهيئات مرنة ويمكن إنتاجها بعمليات إنتاج بسيطة وغير مكلفة مما يقلل من زمن الاسترداد لهذه الخلايا.

البنية الالكترونية لأنصاف النواقل العضوية تعتمد على الروابط المترافقة لالكترونات π، ونظام الروابط المترافقة هو نظام للذرات    المرتبطة تساهمياً بتبادل فردي وزوجي، وتعرف الروابط الفردية باسم روابط σ، وتتعلق بالالكترونات الموضعية، أما الروابط المزدوجة تحوي رابطة σ ورابطة (π)، وتعرف الكترونات (π) أنها أكثر قابلية للحركة من الكترونات σ ويمكنها أن تقفز من موضع إلى آخر بين ذرات الكربون بفضل التداخل المتبادل بين مدارات (π) على طول الرابطة.

الروابط (π) تكون فارغة (وتسمى المدار الجزيئي الأدنى غير المشغول) أو مملوءة بالالكترونات (وتسمى المدار الجزيئي الأعلى المشغول)، والفجوة بينهما في هذه المواد تكون بين 1 إلى 4 فولت، وتعتمد المواد العضوية على هذه الروابط في امتصاص الضوء، إنتاج الشحنة، ونقلها.&

**بنية الخلايا الكهروضوئية العضوية:**

& تستخدم الخلايا الشمسية البلاستيكية مواد عضوية بهيئة جزيئات صغيرة، وبوليميرات، لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، ويوجد منها أنواع مختلفة مثل الخلايا ذات البنية وحيدة الطبقة والخلايا ذات البنية متعددة الطبقات، ويستخدم هذان النوعان في الأبحاث والتطبيقات صغيرة المساحة.

يتم امتصاص الفوتونات وحدوث إثارة تسبب انفصال حاملات الشحنة، ويتم تسهيل هذه العملية بوجود مستقبلات للإلكترونات تقوم باستقبالها في حين تبقى الثقوب في السلسلة العضوية.

يؤدي الاختلاف في وظائف العمل الخاصة بالأقطاب الكهربائية إلى وجود مجال كهربائي يقود الموجات الحاملة المنفصلة باتجاه الأقطاب الكهربائية حيث يتم تجميعها، وإذا ما تم وصل هذه الاقطاب إلى دارة كهربائية يسير التيار الكهربائي خارجها.

ومن أجل الحصول على كفاءة تحويل عالية في هذه الخلايا يجب أن يكون طيف الامتصاص من قبل الطبقة العضوية الفعالة يقابل طيف إشعاع الشمس، ويجب للطبقة أن تكون سميكة بالقدر الكافي لامتصاص أغلب الضوء الساقط عليها.

في الخلايا الشمسية العضوية يتم إنتاج الشحنة عن طريق انتقال الالكترونات بالفعل الضوئي، حيث ينتقل الالكترون خلال هذه العملية من  الطبقة مقدمة الالكترونات (D: electron donor) إلى مستقبلة الالكترونات (A: electron Acceptor) ويتم ذلك بامتصاص طاقة الفوتونات، ثم يتم نقل حاملات الشحنة بعيداً عن بعضها وتجميعها من قبل أوكسيد ناقل شفاف (TCO) في جهة مثل أوكسيد الستانيك SnO₂، ومعدن ناقل في الجهة الثانية مثل الألمنيوم.

الشكل 1: مبدأ عمل خلية كهروضوئية عضوية 

​