کاربرد نانولوله‌ها در پیل‌های خورشیدی

محققان در انگلستان نوع جدیدی از الکترود هیبرید با استفاده از
نانولوله‌های کربنی چند دیواره و اکسید ایندیوم- قلع ساخته‌اند که در پیل‌‌های
خورشیدی قابل استفاده می‌باشند. نانولوله‌های مزبور مستقیماً روی شیشه‌ای که با
اکسید ایندیوم- قلع پوشش داده شده بود، رشد نمودند. به این ترتیب یک الکترود شفاف
ساخته شد که در ابزارهای الکترونیک نوری مانند پیل‌های خورشیدی و دیودهای نوری قابل
استفاده می‌باشد. این الکترودهای نانولوله‌ای در طول موج‌های بلندتر بسیار شفاف می‌باشند.
بنابراین برای هدایت نور خورشید بسیار مناسب می‌باشند.
پیل‌های خورشیدی آلی ارزان‌تر از پیل‌های خورشیدی غیرآلی می‌باشند و ساخت آنها نیز
آسان‌تر می‌باشد اما عمر و بازده آنها مسئله‌ساز است. زیرا تحرک حامل‌های بار- به
ویژه حفره‌ها- در آنها پایین است و این مسئله، محدودیت‌هایی برای حرکت جریان در این
ابزار به وجود می‌آورد. یک راه حل این مشکل کاهش ضخامت لایه فعال است، اما این کار
قابلیت جذب نور پیل خورشیدی را کاهش می‌دهد. به تازگی روشی جدید توسط راوی سیلوا و
همکارانش از دانشگاه سوری (Surrey) معرفی شده است. آنها پیشنهاد کردند که یک
الکترود درون لایه آلی نفوذ کرده و حامل‌های بار را از لایه مزبور خارج کند. به این
ترتیب، حامل‌های بار برای حرکت درون ابزار مورد نظر، آزاد خواهند بود.
سیلوا و گروهش نشان دادند که می‌توان نانولوله‌های کربنی چند دیواره را مستقیماً
روی شیشه پوشش داده شده با اکسید ایندیوم- قلع (ITO) با روش رسوب‌دهی بخار شیمیایی
(CVD) رشد داد. نانولوله‌های کربنی چند دیواره رساناهای گرمایی و الکتریکی بسیار
خوبی می‌باشند. به همین دلیل می‌توانند در ساختمان الکترود مزبور به کار گرفته شوند.
دانشمندان نشان دادند که این نانولوله‌ها قادرند به عنوان الکترودهای نفوذ کننده
روی مساحت وسیعی از سطح عمل کرده و به جابه‌جایی حامل‌های بار مثبت (یا حفره‌ها) از
لایه فعال ابزارهای آلی کمک مؤثری کنند. سیلوا در این باره می‌گوید: “این الکترودها
شفافیت زیادی دارند و این شفافیت در طول موج‌های بلندتر بیشتر می‌شود. این پدیده
کارآیی الکترودها را در محدوده طیف نور خورشید بالا می‌برد”.
همچنین محققان نشان داده‌اند که قادرند رشد نانولوله‌های مزبور را روی بستر ITO به
دقت کنترل کنند. کنترل رشد نانولوله‌ها ضروری است به ویژه وقتی که الکترودهایی از
این دست در ابزارهای اپتوالکترونیک لایه نازک مورد استفاده قرار گیرند، زیرا
نانولوله‌های بسیار بلند باعث به وجود آمدن اتصال کوتاه در ابزار مورد نظر خواهند
شد. سیلوا و همکارانش نشان دادند که نانولوله‌های کربنی روی بستر ITO بسیار کندتر
از سایر مواد مانند سیلیکون و شیشه رشد می‌کنند و به این ترتیب می‌توان میزان رشد
آنها را کنترل کرد. علاوه بر این، نانولوله‌های مزبور مستقیماً به بستر ITO چسبیده‌اند
و این پدیده خواص مکانیکی ابزار را بهبود بخشیده و تماس مستقیم نانولوله‌ها با بستر
را تضمین می‌کند.
گروه مزبور، پیل‌های خورشیدی ساخته شده با این روش را توسط یک شبیه‌ساز خورشید
(Solar Simulator) آزمایش کردند. این شبیه‌ساز، نوری با توان ۱۰۰ میلی‌وات بر سانتی‌متر
مربع تولید می‌کرد. نتایج آزمایش نشان داد که تمامی الکترون‌های تولید شده در پیل
در اثر تابش نور، از پیل منتقل شدند، اما در نور ورودی به پیل ۳۰ درصد کاهش مشاهده
شد. بازده کل نیز ۱ درصد افزایش یافت. سیلوا افزود: “از آنجا که روش رشد CVD نسبتاً
کم هزینه است و قابلیت انبوه‌سازی دارد، ما در نظر داریم که از قابلیت‌های این گونه
الکترودهای نانولوله‌ای در پیل‌های خورشیدی آلی بهره ببریم. این گونه الکترودها با
بهبود انطباق شبکه حساس به نور (Photoactive matrix) و طیف خورشیدی، انتقال مؤثر
حامل‌های بار را تسهیل می‌کند”.
نتایج این تحقیق در مجله Appl. Phys. Lett. به چاپ رسیده است.