דוד כאהן

דוד כאהן (נולד ב-14 באוגוסט 1947) הוא כימאי ומדען חומרים ישראלי, פרופסור אמריטוס בפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע ולשעבר ראש המחלקה לחומרים ופני שטח. מומחה לאנרגיה מתחדשת, ביו-אלקטרוניקה וחומרים אופטו-אלקטרוניים. חתן מדליית הזהב של החברה הישראלית לכימיה לשנת 2024.

 ביוגרפיה 
 בצעירותו 
דוד (פרדיננד) כאהן נולד בעיירה ווכט שבדרום הולנד, בנם של הנרייט ("יט", לבית עליון) ומקס כאהן, ניצולי השואה שאבותיהם הגיעו להולנד מפורטוגל, חבל אלזס וארץ ישראל. אח לחירטרוידה ויואל-יעקב, ואח של סבתו היה הפוליטיקאי שלמה רודריגס דה מירנדה.

התחנך בהולנד והתעניין במדע מגיל צעיר. בהשראת מורהו בתיכון החליט ללמוד כימיה, וב-1965 החל את לימודי התואר הראשון באוניברסיטת אמסטרדם וכעבור כחצי שנה עלה לישראל ללימודי תואר ראשון בפיזיקה ובכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים, אותם השלים ב-1969. נסע לארצות הברית ולמד לתואר שלישי (במסלול ישיר) בכימיה ובחקר החומרים באוניברסיטת נורת'ווסטרן, כולל סמסטר אחד באוניברסיטת סטנפורד שבו עסק בחקר מוליכי-על בטמפרטורות גבוהות. עבודת הדוקטורט שלו, שבוצעה בהנחיית פרופ' ג'יימס איברס  בכימיה ופרופ' ג' ברוס וגנר במדעי החומרים, הוגשה ב-1973 ועסקה בתרכובות שרשרת של פלטינה.

 כחוקר עצמאי 
עם שובו לישראל ביצע שני מחקרי בתר-דוקטורט: בתחילה שהה במכון ויצמן למדע ועסק בביופיזיקה של ממברנות בהנחיית פרופ' אורה קדם ולאחר מכן עבר לעסוק בפוטוסינתזה בהנחיית פרופ' שמואל מלכין. את המחקר הזה המשיך בשיתוף עם פרופ' יצחק אוהד באוניברסיטה העברית.

ב-1976 הצטרף לסגל המחלקה לכימיה מבנית במכון ויצמן. ב-1993 מונה לפרופסור חבר, וב-1998 היה לפרופסור מן המניין. ב-2017 יצא לגמלאות אך ממשיך לעסוק במחקר פעיל. לאחר יציאתו לגמלאות ניהל את קבוצת המחקר של פרופ' אריה צבן באוניברסיטת בר-אילן, לבקשתו של צבן עם מינויו לנשיא האוניברסיטה. כאהן ניהל את הקבוצה עד 2023.

 תפקידי ניהול וייעוץ 
ב-2006 היה מייסד משותף של היוזמה לחקר אנרגיה וקיימות במכון ויצמן (כיום המכון לקיימות סביבתית), והיה מנהלה הראשון עד 2017. כמו כן, כיהן כמנהל מרכז מינרווה לארכיטקטורה סופראמולקולרית וכמנהל הראשון של המרכז הקנדי למחקרי אנרגיה חלופית ע"ש מרי וטום בק. יסד את מרכז מינרווה לתיקון עצמי של מערכות לאנרגיה וקיימות.

ב-2007–2012 כיהן כראש המחלקה לחומרים ופני שטח, בטרם התאחדה עם המחלקה לכימיה אורגנית ויצרה את המחלקה לכימיה מולקולרית ומדע החומרים, בה הוא חבר כיום. לאורך השנים שימש כחבר וכיושב ראש בשורה של ועדות מקצועיות במכון ויצמן, ובין היתר כיהן כיו"ר ועדת ההוראה בכימיה בבית הספר למחקר - מכון ויצמן למדע (מדרשת פיינברג).

כאהן שימש כיועץ לתחומי האנרגיה במספר חברות ושימש בתור יו"ר הוועדה המייעצת של חברת אוריון-סולאר. הוא שימש כפרופסור אורח באוניברסיטת קיימברידג', באוניברסיטת פרינסטון, באוניברסיטת פרטוריה, באוניברסיטת צ'יבה ביפן, באוניברסיטאות ויקטוריה ואוטגו בניו זילנד, באוניברסיטת לה ספיאנצה באיטליה, באוניברסיטה דלפט לטכנולוגיה בהולנד, באוניברסיטת EPFL בשווייץ ובאוניברסיטת ניו סאות' ויילס באוסטרליה. במשך שנים רבות העביר בישראל ובעולם קורסים בפיזיקה ובכימיה של מצב מוצק וחומרים, וכן באנרגיה וקיימות.

 מחקר 
כאהן חיבר למעלה מ-500 מאמרים, כתב עשרות פרקים בספרים וחתום על עשרות פטנטים. כאהן הוא אחד מהחוקרים הישראלים המעטים שמדד הירש שלהם עומד על למעלה מ-110.

 ביו-אלקטרוניקה וחומרים אופטו-אלקטרוניים 
כאהן תרם רבות לתחום האופטואלקטרוניקה המולקולרית, במיוחד בהבנת הובלת אלקטרונים (טרנספורט) דרך מולקולות ובשימוש במולקולות אורגניות לשיפור ביצועי התקנים אלקטרוניים, בשותפות עם פרופ' אברהם שנצר. הוא הראה כי שינוי כימי של מוליכים למחצה באמצעות מולקולות אורגניות יכול לשלוט בתכונות הולכת החשמל של דיודות ותאים סולאריים, והדגים שאפקט זה קיים גם כאשר השכבה המולקולרית אינה רציפה. בכך, פתח אפשרויות חדשות להנדסת ממשקים בהתקני מוליכים למחצה אורגניים ואי-אורגניים.

יחד עם שנצר ורון נעמן, כאהן פיתח נגד מוליך למחצה הנשלט מולקולרית (Molecular Controlled Semiconductor Resistor), פלטפורמת חיישנים המבוססת על אפקט שדה מולקולרי שיתופי. פלטפורמה זו נמצאת בפיתוח על ידי קבוצות מחקר שונות באקדמיה ובתעשייה. בנוסף, כאהן היה מחלוצי השימוש בחד-שכבות מולקולריות מבוקרות הקשורות ישירות לסיליקון. הוא יצר צמתי סיליקון-חד-שכבה מולקולרית באיכות גבוהה, שאפשרה לבצע בהם אילוח.

כמו כן, הוא ושותפיו הראו כי מולקולות אורגניות קטנות יכולות להשפיע כמו מבודדים עבים יותר, וליצור מערכות מתכת-מבודד-מוליך למחצה (MIS) ללא מבודד ממשי. כמו כן, הוא הראה כי ניתן להשתמש בתגליות אלה ליצירת תאים סולאריים חדשים מסוג מתכת-מולקולה-מוליך למחצה. כאהן יצר, בנה ובדק את מערכת החד-שכבה החלבון האמינה הראשונה למחקרי הובלת אלקטרונים במצב מוצק דרך חלבונים. הוא זיהה (יחד עם מרדכי שבס וישראל פכט) בקטריורודופסין כמוליך אלקטרוני טוב, והסביר זאת באמצעות מנגנון הובלת אלקטרונים דו-שלבי דרך הרשתית. מחקר זה הורחב לחלבונים נוספים (אזורין ו-BSA) ויש לו השלכות על ביו-אלקטרוניקה עתידית והעברת אלקטרונים בחלבונים.

כאהן הציג את המושגים LUSO ו-HOSO (במקום LUMO ו-HOMO, כאשר האות S פירושה "מערכת") ותיקן את המודל המקובל לתיאור הולכה דרך מולקולות. הוא הציע להשתמש בצפיפות המושרה של מודל מצבי שטח הפנים, ובכך לזהות אורביטליים לא קושרים בממשק שבין מולקולה למשטח כאתר הובלת אלקטרונים.

 כימיה של חומרים פוטו-וולטאיים 
כאהן תרם לחקר כימיה של חומרים, במיוחד בתחום של חומרים, ממשקים והתקנים פוטו-וולטאיים. בשנותיו הראשונות כחוקר עצמאי פעל בשיתוף הדוק עם ד"ר (לימים פרופ') גארי הודס ופרופ' יוסט מנסן, והשלושה עבדו בנושא של תאי שמש פוטו-אלקטרוכימיים. הוא טען כי הפרדת ההמרה הפוטו-וולטאית מסינתזה כימית תמיד תועדף אם קיימות דרכים אלקטרוכימיות יעילות המתבצעות בתנאי חושך.

אחד ההישגים המרכזיים של כאהן הוא תרומתו לתאים סולאריים מ"הדור השני" (CIS,  CIGS ,CdTe). הוא סיפק הסבר כימי לצורך שהיה באותה עת בחימום התא בסביבה חמצנית, כדי לייעל תאים סולאריים פולי-קריסטליניים מורכבים. מודל זה, המכונה מודל כאהן-נופי, הוא בעל יישומים רחבים מעבר לתאים סולאריים, כולל בחומרים אורגניים פולי-קריסטליניים. בנוסף, הוא גילה כי צמיחת שכבות דקות של CIGS מתרחשת באמצעות מנגנון "אדים-נוזל-מוצק" (VLS).

כאהן גם גילה ששימוש בזכוכית רגילה, חומר זול יחסית, הוא חיוני ליצירת תאי CIGS אופטימליים. הוא מצא כי ניתן ליצור מבני התקנים מטא-יציבים בחומרים הומוגניים באמצעות שדה חשמלי חיצוני, וקבע כי זה נובע מסחיפה חשמלית של יוני נחושת. הוכח שניידות יוני הנחושת ב-CIS וב-CIGS הופכת חומרים אלה לעמידים ויציבים בפני קרינה, בזכות תכונות הריפוי העצמי שלהם. כאהן גם הבהיר את הפרדוקס לפיו תאים סולאריים פוליקריסטליניים מסוימים עולים על ביצועי תאים חד-גבישיים. יחד עם גארי הודס, הוא גילה שתאי CdTe סולאריים אינם יציבים עקב חשיפה לאוויר וסיפק הנחיות לייצובם.

תרומות נוספות של כאהן כוללות מחקר בנושא תאים סולאריים מבוססי פרובסקיטים הלידיים, שבהם הראה (יחד עם הודס) שניתן לייצב אותם על ידי הסרת החלק האורגני, והדגיש את החשיבות של הרכות המכנית שלהם. הוא גם הראה שיש גבולות כימיים למזעור מכשירים עקב חוסר היציבות הכימית הבסיסית של צומת ה-P-N. כאהן הצליח להדגים באופן ניסיוני את תכונות הריפוי העצמי של פרובסקיטים ברומידיים.

 הנחיה 
כאהן הנחה עשרות תלמידים שהפכו לחברי סגל בישראל ובעולם, ביניהם: שחר ריכטר מאוניברסיטת תל אביב, יגאל לוין מהאוניברסיטה העברית, עדי סלומון וחגי שפייזמן מאוניברסיטת בר-אילן, ערן אדרי, איריס ויסולי-פישר ויבגני רקיטה מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, איגור לובומירסקי ועומר יפה ממכון ויצמן, ערבה זוהר מהטכניון, אלן מונס מאוניברסיטת קרלסטד, מרווין ברונינג מאוניברסיטת נוטרדאם, ליאור ספונרו מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה, לאוניד צ'רניאק מאוניברסיטת פלורידה, ג'מאל גבון מאוניברסיטת בית לחם ושייבל סארקר מאוניברסיטת IIT-B בהודו.

 פרסים והוקרה 
 מלגה מטעם אוניברסיטת נורת'ווסטרן
 פרס ארנסט דוד ברגמן (1980)
 פרס אגודת החיילים היהודים-פולנים בבריטניה לחקר התקנים אלקטרונים (1998)
 הקתדרה הפרופסוריאלית ע"ש רולנד וסילביה שפר לחקר האנרגיה (2002)
 פרס המחקר ע"ש אדוארדס של החברה הישראלית לוואקום (2003)
 פרס לנדאו לכימיה (2008)
 פרס קולטהוף (2009)
 עמית AVS (2010)
 פרס החברה הישראלית לכימיה על מחקר מצטיין (2012)
 עמית החברה לחקר חומרים (2013)
 עמית הלמהולץ בינלאומי (2018–2022)
 מלגת מדען אורח על-שם פרופ' ראו רמהקרישנה מהמכון ההודי למדע בבנגלור (2018)
 מדליית הזהב של החברה הישראלית לכימיה (2024)

 חיים אישיים 
כאהן נשוי מ-1983 לאמנית גאולה מרוק-כאהן (לבית פימנטל) ואב לארבעה: יעל, יאיר, מאיה וענת. מתגורר ברחובות.

הוא דובר חמש שפות, חובב טיולים, רכיבה על אופניים והיסטוריה.

 מאמרים נבחרים 
 TM Brenner, DA Egger, L Kronik, G Hodes, D Cahen. Hybrid organic—inorganic perovskites: low-cost semiconductors with intriguing charge-transport properties. Nature Reviews Materials 1 (1), 1-16 (2016).
 M Kulbak, D Cahen, G Hodes. How Important Is the Organic Part of Lead Halide Perovskite Photovoltaic Cells? Efficient CsPbBr3 Cells. The journal of physical chemistry letters 6 (13), 2452-2456 (2015).
 PK Nayak, S Mahesh, HJ Snaith, D Cahen. Photovoltaic solar cell technologies: analysing the state of the art. Nature Reviews Materials 4 (4), 269-285 (2019).
 A Salomon, D Cahen, S Lindsay, J Tomfohr, VB Engelkes, CD Frisbie. Comparison of electronic transport measurements on organic molecules. Advanced Materials 15 (22), 1881-1890 (2003).
 M Kulbak, S Gupta, N Kedem, I Levine, T Bendikov, G Hodes, D Cahen. Cesium enhances long-term stability of lead bromide perovskite-based solar cells. The journal of physical chemistry letters 7 (1), 167-172 (2016).
 D Cahen, G Hodes, M Grätzel, JF Guillemoles, I Riess. Nature of photovoltaic action in dye-sensitized solar cells. The Journal of Physical Chemistry B 104 (9), 2053-2059 (2000).
 D Cahen, A Kahn. Electron energetics at surfaces and interfaces: concepts and experiments. Advanced Materials 15 (4), 271-277 (2003).
 J Bisquert, D Cahen, G Hodes, S Rühle, A Zaban. Physical chemical principles of photovoltaic conversion with nanoparticulate, mesoporous dye-sensitized solar cells. The Journal of Physical Chemistry B 108 (24), 8106-8118 (2004).
 P Schulz, E Edri, S Kirmayer, G Hodes, D Cahen, A Kahn. Interface energetics in organo-metal halide perovskite-based photovoltaic cells. Energy & Environmental Science 7 (4), 1377-1381 (2014).
 E Edri, S Kirmayer, A Henning, S Mukhopadhyay, K Gartsman, Y Rosenwaks, G Hodes, D Cahen. Why lead methylammonium tri-iodide perovskite-based solar cells require a mesoporous electron transporting scaffold (but not necessarily a hole conductor). Nano letters 14 (2), 1000-1004 (2014).
 C Zuo, HJ Bolink, H Han, J Huang, D Cahen, L Ding. Advances in perovskite solar cells. Advanced Science 3 (7), 1500324 (2016).

 קישורים חיצוניים 

 דוד כאהן, באתר גוגל סקולר

 הערות שוליים 

קטגוריה:כימאים ישראלים
קטגוריה:ישראלים ילידי הולנד
קטגוריה:בוגרי האוניברסיטה העברית בירושלים
קטגוריה:בעלי תואר דוקטור מאוניברסיטת נורת'ווסטרן
קטגוריה:רחובות: אישים
קטגוריה:סגל מכון ויצמן למדע: כימיה
קטגוריה:עולים בשנות ה-1960
קטגוריה:ישראלים שנולדו ב-1947