محاسبه میزان افت توان جریان عبوری میان نانوذرات در پیل ‌خورشیدی

اندازه‌گیری‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که در پیل‌های خورشیدی حاوی نانوذرات، میزان افت توان در عبور جریان میان سطح تماس نانوذرات، تقریباً 20 درصد است.

با رشد جمعیت جهان میزان مصرف انرژی نیز افزایش می‌یابد وگرایش به سوی استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی نظیر انرژی خورشیدی نیز بیشتر می‌شود. فتوالکترودها و پیل‌های خورشیدی معمولاً از لایه‌ای نازک از جنس سیلیکون یا دیگر مواد نانوساختار و نیمه‌هادی بهره‌مند هستند و وجود نانوذرات در این پیل‌ها می‌تواند میزان جذب نور و تولید جریان الکتریکی را افزایش دهد. هر چند ساختار شیمیایی نانوذرات می‌تواند مزایایی نظیر افزایش سطح به حجم را در پی داشته باشد اما اشکالاتی نیز دارد.

با عبور جریان از یک ذره به ذره دیگر، بخشی از توان افت می‌کند. اگر جریان از مقدار زیاد ذره عبور کند، افت توان به حدی خواهد بود که در عمل دیگر کارایی وجود نخواهد داشت. تاکنون محققان نمی‌توانستند میزان افت توان را در عبور جریان از یک ذره به ذره دیگر پیش‌بینی کنند.

یک گروه تحقیقاتی به رهبری پنگ چن از دانشگاه کرنل نشان دادند که میزان افت جریان نوری هنگام عبور از سطح تماس نانوذرات تقریباً 20 درصد است. این گروه در ادامه نشان دادند که جریانی که از میان 11 سطح تماس عبور می‌کند به 10 درصد توان اولیه خود افت می‌کند.

چن می‌گوید: « ما معتقدیم که این نتایج برای کسانی که با نانومواد کار می‌کنند و از این نانومواد برای طراحی دستگاه‌های مختلف استفاده می‌کنند قابل استفاده است.»

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Quantifying Photocurrent Loss of a Single Particle-Particle Interface in Nanostructured Photoelectrodes در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.

برای انجام این محاسبات، پنگ و همکارانش از سل‌ میکروسیالی با سه الکترود در محلول آبی استفاده کردند. یکی از این الکترودها لایه‌ای از جنس اکسید قلع ایندیم بود که روی نانومیله‌ اکسید تیتانیوم قرار گرفته بود. اکسید تیتانیوم دارای خواص فتوالکتروشیمیایی است.

محققان در این پروژه از چند پیکربندی ذره‌ای مختلف استفاده کردند و پرتو لیزر را روی نقاط مختلفی در سطح تماس متمرکز کردند. این نقاط، نقاطی بود که نانومیله‌ها با هم تماس داشتند.

با آزمایش‌های مختلف و اندازه‌گیری‌های انجام‌شده، این گروه به میانگین عدد 20 درصد در افت توان رسیدند.