الثنائيات العضوية- ضوء صناعي من مصادر باردة

يتوهج ضوء المستقبل بالفعل في مختبر البروفيسور كارل ليو في دريسدن وهو عبارة عن لوح مسطح مربع الأضلاع. وعلى المكتب الخاص برئيس معهد فراونهوفر للأنظمة الضوئية الدقيقة (IPMS)، يوجد ثنائيات عضوية باعثة للضوء أو ما يعرف بـ (OLED) المكونة من لوحات رقيقة من الزجاج مطلية بأشباه الموصلات ورقائق المعدن أو البلاستيك وتستطيع أن تضيء مساحات كبيرة عند إدخالها في حقل كهربائي متوتر.

وهكذا تمثل الثنائيات العضوية ثورة في عالم الضوء، إذ إن الأجيال التي سبقتها ابتداء من المصباح الكهربائي العادي ومرورا بتلك الموفرة للطاقة وانتهاء بالثائيات العضوية، قادرة فقط على إضاءة مساحة محدودة، أو تشوبها بعض السلبيات مثل إهدار كمية كبيرة من الطاقة، عبر تحويلها إلى حرارة لا يتم الاستفادة منها. وعلى العكس من ذلك، فإن الإضاءة بواسطة الثنائيات العضوية الباعثة للضوء "OLED"، تتميز بكفاءة عالية وأكثر مرونة، إذ يمكن استخدامها على أسطح مرنة وقابلة للطي، مما يجعلها تكتسب جاذبية خاصة بالنسبة للمصممين والمهندسين المعماريين.

إن الأفكار التي كانت تعتبر حتى الآن ضربا من الخيال، أصبحت ممكنة التحقيق بفضل OLED التي يعكف الباحثون في دريسدن على تطويرها. ويمكن مستقبلا أن يأتي الضوء في غرفة المعيشة من ورق الجدران المضيء، أو من زجاج النوافذ المزودة بثنائيات عضوية. كما يمكن أن تصبح شاشة الكمبيوتر مرنة بحيث يمكن طيها، وكذلك يمكن بفضل هذه التكنولوجيا أن تحل الأوراق الإلكترونية في المستقبل مكان الورق العادي.

نوافذ تضئ وتنتج الكهرباء

وقد ركز فريق العمل في معهد فراونهوفر للأنظمة الضوئية الدقيقة على عكس المبدأ الذي تعمل عليه الثنائية العضوية OLED، أي توليد الكهرباء بواسطة الخلية الشمسية المصنوعة من مواد عضوية مضيئة. ولهذا الغرض يتم استبدال طبقة OLED المشعة بطبقة قادرة على امتصاص الضوء. وعبر هذه التقنية، ستكون النوافذ في المستقبل قادرة على إنتاج الكهرباء.

ومنذ عام 2008 دخلت الأبحاث التي يجريها العلماء في دريسدن، مرحلة تبلور الأفكار في شكل خطوات عملية، حيث تم تأسيس المركز الأكثر تطورا في أوروبا لأبحاث أشباه الموصلات العضوية، وذلك تحت مظلة COMEDD "Center for Organic Materials and Electronic Devices Dresden". . وفي عام 2000 كانت بداية العمل فعليا في دريسدن في مجال أبحاث الثنائيات العضوية، أما القاعة الرئيسية في للمعهد فتبلغ مساحتها 900 متر مربع، وقد أنشئت لتكون بمثابة محطة إنتاج تجريبية.

مسحوق يتحول إلى ضوء

في عملية معقدة يتم طلاء الطبقات العضوية الباعثة للضوء بشكل تدريجي على المعادن أو الزجاج أو الرقائق. وفي البداية يتكون ما يشبه المسحوق، مكون من جزيئات الكربون التي تتكدس بدورها على شكل طبقات منفصلة في شكل يمكن مقارنته بشطائر الخبز ( أو الساندويتش). وتنتقل الإلكترونات عبر أشباه الموصلات وتتحول طاقة من الإلكترونات إلى ضوء. ولحماية هذا الضوء من الماء والهواء والغبار، يتم إغلاق كل شيء بغطاء، وهذا ما يسمى بعملية التغليف.

وبالرغم من كل الانجازات والنجاحات، إلا أن الطريق لا يزال طويلا أمام الباحثين في دريسدن. إذ إن إضاءة منطقة واسعة تكلف الكثير من المال. لذلك يشجع كارل ليو العاملين معه بالدرجة الأولى على تحسين عمليات التصنيع، ويقول في هذا السياق: "نسعى على المدى الطويل إلى تخفيض السعر من 100 يورو للمتر المربع الواحد، إلى النصف أي إلى 50 يورو." ولتحقيق هذا الهدف، يجب أن تتحول مراكز الإنتاج التجريبي إلى مرافق للإنتاج التجاري بكميات كبيرة.

لقد اكتسب المعهد في دريسدن سمعة دولية طيبة خلال السنوات الأخيرة، وقد ساهم في ذلك براءات الاختراع التي سجلها. إن الابتكارات التي تم توصل إليها أدت بدورها إلى حسين ورفع نوعية الضوء المكتسب بواسطة الثنائيات العضوية OLED، إذ تبين عبر التعطيل المقصود للبنية البلورية الداخلية المكونة من أشباه الموصلات العضوية، يساهم في رفع القدرة المتاحة لتوصيل الضوء ويساهم بالتالي في زيادة كمية الضوء. إن نقل الأفكار القابلة للتطبيق للشركات المبتدئة لا يعتبر أمرا نادرا، حيث ساهم المعهد لسبع مرات في تزويد تلك الشركات بالأفكار. ومنذ عام 2003 تعمل شركة " نوفالد Novaled"، على تزويد الشركات العاملة في قطاع صناعة الإضاءة في جميع أنحاء العالم، بالدراية الفنية والتكنولوجيا اللازمة لإنتاج الضوء بواسطة الثنائيات العضوية.

أما الفرع الآخر للشركة Heliatek والذي تأسس في عام 2006، فقد بدأ في بناء منشأة خاصة لإنتاج الخلايا الشمسية العضوية. ويعتبر مدير المعهد، البروفيسور كارل ليو، العقل المدبر الذي وقف وراء تأسيس الشركتين، وهو لا يطمح إلى أن يجني في نهاية مشواره العلمي النجاح التقني للثنائيات العضوية فحسب، وإنما النجاح الاقتصادي كذلك.

ريتشارد فوكس/ نهلة طاهر
مراجعة: طارق أنكاي