Harvardo universiteto (JAV) ir kitų trijų institucijų chemikai sukūrė išgrynintą organinių puslaidininkių rūšį, kuri pasižymi geresnėmis elektrinėmis savybėmis. Ne mažiau svarbu yra tai, jog mokslininkams pavyko patikrinti kompiuterinio medžiagų atrinkimo procedūrą, padėsiančią ieškoti naujų saulės energetikai tinkamų medžiagų.
Asocijuotasis chemijos ir cheminės biologijos profesorius Alánas Aspuru-Guzikas kartu su kolegomis iš Stanfordo universiteto, Heivfordo koledžo bei Klarko universiteto (JAV) identifikavo, susintetino ir ištyrė naują junginį.
Jo pagrindą sudarė darinys, kurį prieš kelis metus sukūrė Japonijos mokslininkų komanda. Nagrinėjamasis junginys, kurio pavadinimas sunkiai ištariamas bet kuria kalba (angl. dinapthothienothiophene), sudomino A. Aspuru-Guziką ir jo kolegą Joshua Schrierį iš Heivfordo koledžo, tad mokslininkai nutarė kompiuterio pagalba sumodeliuoti kelis galimus jo variantus ir atrinkti tuos, kurie pasižymėtų geresnėmis elektrinėmis savybėmis.
Tyrėjai gavo septynias galimas junginio atmainas, iš kurių atrinko vieną. Šio laimingojo darinio sintezės mechanizmą sugalvojo asistuojantis chemijos profesorius iš Klarko universiteto, o pati sintezė atlikta Stanfordo universiteto Cheminės inžinerijos fakultete vadovaujant laboratorijos vedėjui Zhenanui Bao. Pradinis junginio skylių judrio matavimas, nusakantis, kaip greitai elektronai sugeba judėti medžiaga, parodė, jog jis yra vienas iš geriausiais rezultatais pasižyminčių organinių darinių.
„Prireiktų keliolikos metų, kol mes susintetintume ir išnagrinėtume visų galimų septynių junginių savybes, – pasakoja Z. Bao. – Naudodami šį metodą, mes galime visą dėmesį sutelkti į daugiausia žadantį variantą, kurį parodo teorija. Tai retas iš tikrųjų racionalaus naujų itin našių medžiagų kūrimo pavyzdys“.
Kazuo Takimijos vadovaujama Japonijos mokslininkų komanda, sukūrusi pradinį junginį, visai neseniai paskelbė taip pat susintetinusi tą patį darinį, nors matavimai parodė, kad naujojo kūrinio elektrinės savybės yra kiek prastesnės.
Vis dėlto šis atradimas, aprašytas prestižiniame „Nature Communications“ žurnale, gali būti sėkmingai pritaikytas elektronikoje, kur organiniai puslaidininkiai naudojami gaminant plonųjų plėvelių tranzistorius bei itin plonus televizorių ekranus. A. Aspuru-Guziką įkvėpė kompiuteriniais modeliais paremto atrinkimo metodo sėkmė, tad jis ėmėsi naujų medžiagų, tinkamų saulės moduliams, paieškos.
Pasak podoktorantūros stažuotojo, dirbančio kartu su profesoriumi, geras teoriškai numatytos iš eksperimentiškai išmatuotos kristalo sandaros atitikimas yra puikus ženklas, leidžiantis tikėtis, kad teorinis atrinkimas bus nepamainomas identifikuojant naujas medžiagas švarios energijos taikymams.
Žiūrint iš atsiperkamumo pozicijos, organiniai puslaidininkiai vis dar negali varžytis su siliciu, kuris dažniausiai naudojamas fotovoltiniuose moduliuose. Tačiau organinės medžiagos – paprastai didelių, sudėtingų molekulių, aplipdytų aplink anglies atomų pagrindą, šeima – turi daugybę privalumų prieš standų ir sunkų silicį. Organiniai puslaidininkiai gali būti panaudoti gaminant lanksčiuosius ekranus, be to, juos galima tiesiog užpurkšti kaip dažus arba rašalą.
Pasak profesoriaus, jeigu išeitų atrinkti medžiagą, tinkamą saulės energetikai, ji puikiai pasitarnautų tenais, kur tvirtos struktūros ir įranga, reikalinga įprastinėms saulės moduliams, neprieinama, pavyzdžiui, besivystančiose pasaulio šalyse, kur daugiau nei 2 milijardai žmonių vis dar neturi priėjimo prie patikimų elektros šaltinių.
Kad atrinktų tokią medžiagą, A. Aspuru-Guzikas prieš kelerius metus pradėjo Švarios energijos projektą – paskirstytųjų skaičiavimų programą, atliekamą kartu su IBM Pasaulio bendruomenės tinklu, kuris išnaudoja neapkrautų kompiuterių resursus siekiant išbandyti 2.7 milijono galimų junginių.
Pasak mokslininko, kol kas jiems pavyko identifikuoti apie 5 tūkstančius junginių, kurių numanomas saulės šviesos pavertimo elektros energija efektyvumas turėti viršyti 10 procentų. Tyrėjai atlieka dar vieną jungtinį projektą, kurį remia Stanfordo visuotinio klimato ir energijos programa. Šio projekto tikslas – pagreitinti didelio našumo organinių saulės elementų medžiagų atradimą.
Kuomet atrinkimo procedūra bus baigta, mokslininkai ketina paskelbti tūkstančio pačių perspektyviausių junginių sąrašą. Tuomet rankoves turės pasiraitoti laboratorijų specialistai, kad juos susintetintų ir bandytų aptikti savybes, kurios leistų pagerinti dabar saulės moduliams naudojamas medžiagas.
„Tam, kad pasaulis būtų patenkintas, tereikia vieno vienintelio junginio“, – šypteli profesorius.
