تولید پنجره‌های فتوولتائیک با استفاده از نانوذرات سیلیکون

پژوهشگران با استفاده از راکتور پلاسما، نوعی نانوذرات سیلیکون ساختند و بعد از ادغام آن با پلیمر، پنجره‌های فتوولتائیک تولید کردند.

محققان دانشگاه مینسوتا و دانشگاه میلانو بکوکا موفق به ارائه فناوری برای قرار دادن نانوذرات سیلیکون درون کنسانتراتورهای درخشان خورشیدی (LSCs) شدند. LSCs عنصر کلیدی ساخت پنجره‌های خورشیدی هستند. زمانی که نور خورشید به سطح این پنجره‌ها تابیده می‌شود، بخشی از آن به دام افتاده و به الکتریسیته تبدیل می‌شود.
پنجره‌های فتوولتائیک پتانسیل بالایی برای تولید انرژی دارند؛ بدون این که روی ظاهر ساختمان تأثیر منفی بگذارند. پنجره‌های مبتنی بر LSCs نیاز به هیچ ساختار توده‌ای ندارند؛ چرا که سل‌های فتوولتائیک درون آن پنهان شده است.
معمولاً بیشترین جذب نور توسط این پنجره‌ها در محدوده طول موج نامرئی است. بنابراین زمانی که از «نور تاریک» که حاوی مقدار زیادی از طول موج‌های فرابنفش است استفاده می‌شود، جذب به حداکثر خود می‌رسد.
استفاده از نانوذرات سیلیکون این پروژه را از دیگر مطالعات انجام شده متمایز می‌کند. تا کنون محققان دیگر با استفاده از مواد سمی یا نانوساختارهای پیچیده اقدام به بهبود کارایی این سامانه کرده بودند. اما سیلیکون ماده‌ای ارزان، فراوان و غیرسمی است که می‌تواند نور خورشید را در طول موج‌های مختلف جذب کند.
این گروه از نانوذرات سیلیکون استفاده کردند. سیلیکون در حالت توده‌ای نشر نور ندارد؛ بنابراین باید روی آن تغییراتی انجام ‌شود. برای این منظور، ابعاد سیلیکون به مقیاس نانومتری رسید که در نهایت نانوذراتی با امکان نشر نور به وجود آمد. این نانوذرات، نور را جذب کرده و دوباره بازنشر می‌دهند.
برای سنتز این نانوذرات، از یک راکتور پلاسما استفاده شده است. این گروه تحقیقاتی معتقداند که ویژگی‌های نوری نانوذرات سیلیکون و سازگاری تقریباً کامل آن با فرآیند صنعتی، منجر به تولید پنجره‌های فتوولتائیک با کارایی بالا می‌شود که قادر به جذب 5 درصد از نور خورشید است.
این نانوذرات در راکتور پلاسمایی فناوری بالا، به صورت پودر تولید می‌شوند. این پودر به جوهر تبدیل شده و درون پلیمر قرار می‌گیرد. در نهایت پلیمرها به صورت ورق‌های لایه نازکی ایجاد شده که سطح آنها پوشش داده می‌شود.
نتایج این پروژه در نشریه Nature Photonics به چاپ رسیده است.