Spiro-OMeTAD: การสร้างแบตเตอรี่ที่แข็งแรงและยืดหยุ่นได้อย่างไร?!

Spiro-OMeTAD (2,2′,7,7′-Tetrakis-(N,N-di(pmethoxyphenyl)amino)-9,9′-spirobifluorene), หรือที่เรียกกันสั้นๆ ว่า “Sp-OMeTAD” เป็นวัสดุไฮบริดอินทรีย์ที่น่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับการประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ สารนี้เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีโครงสร้างโมเลกุลซับซ้อน โดยมีวงแหวน spirobifluorene เป็นแกนกลาง และถูกพันธะกับหมู่ dimethoxyphenylamine ที่ปลายทั้งสี่

คุณสมบัติเด่นของ Sp-OMeTAD คือความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าได้ดีเมื่ออยู่ในรูปของฟิล์มบาง และมีความคงตัวทางเคมีค่อนข้างสูง นอกจากนั้น สารนี้ยังสามารถปรับแต่งคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ด้วยการดัดแปลงโครงสร้างโมเลกุล

ข้อดีและประโยชน์ของ Sp-OMeTAD ในอุตสาหกรรม:

• ความโปร่งใส: Sp-OMeTAD สามารถถูกใช้เป็นชั้นส่งผ่านรังสี UV ซึ่งช่วยให้เซลล์แสงอาทิตย์สามารถดูดซับรังสีแดดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• ความยืดหยุ่น: ฟิล์มบางของ Sp-OMeTAD มีความยืดหยุ่นสูง จึงเหมาะสำหรับการนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องโค้งงอได้

• ต้นทุนต่ำ: Sp-OMeTAD สามารถสังเคราะห์ได้ด้วยกระบวนการทางเคมีที่ค่อนข้างง่ายและมีราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับวัสดุชนิดอื่น

กลไกการทำงานของ Sp-OMeTAD ในเซลล์แสงอาทิตย์:

ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเพโรฟสไกต์ (Perovskite solar cells) Sp-OMeTAD มักถูกใช้เป็นชั้นขนส่งรู (hole transport layer) ซึ่งมีหน้าที่รับเอาอิเล็กตรอน “รู” จากวัสดุเพโรฟสไกต์ และนำส่งไปยังขั้วบวกของเซลล์

เมื่อแสงแดดกระทบเข้ากับวัสดุเพโรฟสไกต์ อิเล็กตรอนจะถูกกระตุ้นให้เคลื่อนที่จากอะตอมไปยังอีกอะตอมหนึ่ง สร้างคู่ของ “อิเล็กตรอน” และ “รู”

Sp-OMeTAD จะรับเอา “รู” เหล่านี้ไว้ และนำส่งไปยังขั้วบวก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

การสังเคราะห์ Sp-OMeTAD:

Sp-OMeTAD สามารถสังเคราะห์ได้โดยใช้ปฏิกิริยาคลาสสิกในเคมีอินทรีย์ โดยเริ่มจาก spirobifluorene เป็นสารตั้งต้น และทำการต่อหมู่ dimethoxyphenylamine เข้าไปที่ปลายทั้งสี่ของโมเลกุล

กระบวนการนี้ต้องอาศัยตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) และเงื่อนไขการทำปฏิกิริยาที่เหมาะสม เช่น อุณหภูมิและความดัน

ตารางเปรียบเทียบ Sp-OMeTAD กับวัสดุอื่นๆ:

วัสดุ	ความสามารถในการนำไฟฟ้า	ความโปร่งใส	ความยืดหยุ่น
Sp-OMeTAD	ดี	ดี	ดี
PEDOT:PSS	ดี	ปานกลาง	ไม่ดี
P3HT	ปานกลาง	ไม่ดี	ไม่ดี

อนาคตของ Sp-OMeTAD:

Sp-OMeTAD เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสูงสำหรับการประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รุ่นต่อไป นักวิจัยกำลังพยายามปรับปรุงคุณสมบัติของ Sp-OMeTAD ให้ดียิ่งขึ้น เช่น เพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้า และความคงตัว

นอกจากนั้น ยังมีการศึกษาวัสดุอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกับ Sp-OMeTAD เพื่อให้ได้วัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงสุด