بهبود پیل‌های خورشیدی حساس شده با رنگ با نانوساختار ZnO

پیل‌های خورشیدی حساس شده با رنگ (DSSCs) گزینه مناسبی برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی هستند. محققان دانشگاه فنلاندی تمپر نشان دادند که می‌توان به جای دی‌اکسیدتیتانیم که به‌صورت رایک در DSSCs استفاده می‌شود، از اکسید روی که زیست‌سازگارتر است استفاده کرد.

نتایج این پروژه در نشریه Royal Society Open Science به چاپ رسیده است.

مایکل گراتزل اولین بار در دهه 1990 پیل‌های DSSCs را معرفی کرد که برای این اختراع خود جایزه میلینیوم تکنولوژی 2010 را دریافت نمود. DSSCs با استفاده از نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیم ساخته شده بود اما اکسید روی به دلیل فراوانی و هزینه پایین گزینه مناسبی برای تولید این پیل‌ها بود. این پیل‌های خورشیدی را می‌توان به سادگی و از طریق روش‌های شیمیایی تَر تولید کرد.

نیکلاس تکاچنکو از دانشگاه تمپر می‌گوید: «دی‌اکسیدتیتانیوم هنوز ماده اصلی برای ساخت این نوع پیل‌ها است. هر چند که اکسید روی خواص جالب توجهی برای استفاده در این پیل‌ها را دارد اما کارایی آن از دی‌اکسید تیتانیم کمتر است. ما قصد داشتیم بفهمیم که چرا اینگونه است. با استفاده از طیف‌سنج جذب انتقال بسیار سریع، ما می‌توانیم دو ماده را با هم مقایسه کرده و روش‌های بهینه‌سازی پیل‌های مبتنی بر اکسید روی را پیدا کنیم.»

از آنجایی که واکنش فتوشیمیایی درون پیل‌های خورشیدی بسیار سریع اتفاق می‌افتد، طیف‌سنج بسیار سریعی مورد نیاز بود تا الکترون‌های تولید شده در اثر تابش نور، قابل رهگیری باشند.

کیرسی ویرکی از محققان این پروژه می‌گوید: «ما دریافتیم که فتوالکترون‌ها از محل تماس رنگ حساس شده و سطح نیمه‌هادی ایجاد می‌شود که این فرآیند در دی‌اکسیدتیتانیم سریع‌تر از اکسید روی اتفاق می‌افتد.»

محققان دریافتند که نوترکیبی الکترون حفره در دی اکسیدتیتانیوم نیز سریع‌تر از نانومیله‌های اکسید روی اتفاق می‌افتد. بنابراین الکترون‌ها در اکسید روی عمر طولانی‌تری دارند. از این رو محققان قصد دارند تا با بهینه‌کردن سیستم اکسید روی، اقدام به تولید پیل‌های خورشیدی DSSCs کنند که کارایی بالایی داشته باشند.