افزایش کارایی پیلهای خورشیدی با نانوساختارهای گل‌مانند

تحقیقات پژوهشگران مؤسسه میکروالکترونیک و دانشگاه صنعتی Nanyang سنگاپور، نشان
داده‌است که یک آند نوری به شکل یک گل، می‌تواند ضریب تبدیل انرژی پیل‌های خورشیدی
حساس به رنگ(DSSCs) را نسبت به آندهای متداول که ساختار میله‌ای دارند، به میزان ۹۰
درصد بهبود بخشد. از این روش می‌توان در ساخت پیل‌های خورشیدی حساس به رنگ استفاده
کرد.

از فعالیت فوتوکاتالیستی فیلم‌های نانوساختار نیمه‌رسانا می‌توان در ساخت آند پیل‌های
خورشیدی استفاده کرد. یکی از این پیل‌های رایج، پیل‌هایی هستند که در ساختار آنها
از فیلم‌های اصلاح‌شده اکسید تیتانیوم استفاده شده‌است. با قرار گرفتن این پیل‌ها
در معرض نور ، الکترون‌ها از مولکول‌های رنگ به نوار هادیTiO2 انتقال یافته، باعث
تولید جریان می‌شوند. چنین پیل‌هایی بسیار مورد توجه هستند؛ زیرا نانوذرات رنگی
‌توان بالایی برای جذب نور و تولید الکترون دارند و به همین دلیل ساخت آنها نیز
آسان و ارزان است.

اخیراً دانشمندان به‌دلیل گستردگی شکاف پیوندی( ev37/3) و تحرک الکترونی بالای
نانوسیم‌های اکسید روی، به استفاده از آنها روی آورده‌اند. از نظر تئوری، شبکه‌ای
متراکم از نانوسیم‌ها یا نانومیله‌های ZnO ، به‌دلیل فراهم کردن مسیری مستقیم و
مناسب، برای تجمع الکترونی مناسب‌ترند. با این وجود، پیل‌های خورشیدی ساخته‌شده از
نانومیله‌های ZnO قائم، تاکنون به‌دلیل حجم بالای بازترکیب الکترون‌ها و حفره‌ها در
سطح، از شاخص انباشتگی پایین رنج می‌برند، همچنین به‌سبب جذب نوری ضعیف، جریان نوری
کمی دارند؛ زیرا بارگذاری رنگ در آنها پایین است و برخی از فوتون‌ها در فاصله بین
نانومیله‌های مجاور قرار گرفته و لایه رنگی آن را جذب نمی‌کند.

Changyun Jiang و همکارانش به جای نانومیله، ZnOاز یک آرایه نانوساختار گل‌مانندی
استفاده کردند؛ شاخه‌های پراکنده این نانوساختارها ـ دارای ناحیه فعال سطحی بزرگی
است ـ برهمکنش‌های نور- رنگ را افزایش داده، منجر به جذب بهتر نور می‌شوند. همچنین
بازترکیب الکترون- حفره کاهش یافته، باعث بهبود شاخص انباشتگی و ضریب تبدیل انرژی
۹/۱ درصدی می‌شود که نسبت به ضریب تبدیل انرژی ۱ درصدیِ نانومیله‌های اکسید روی
بیشتر است.

پژوهشگران، با استفاده از روش هیدروترمال با دمای پایین، آرایه‌‌های مذکور را بر
روی زیرلایه شفاف اکسید ایندیم ‌قلع رشد دادند. این روش ارزان‌تر و ساده‌تر از روش‌های
دیگر است و فرایند دمای پایین نیز سبب می‌شود که پیل‌های خورشیدی انعطاف‌پذیری
بیشتری داشته باشند. آنها قصد دارند تا در آینده ضریب تبدیل انرژی نور به
الکتریسیته پیل‌های خورشیدی حساس به رنگ را بهبود بخشند.

این پژوهشگران نتایج مطالعات خود را در مجله Appl. Phys. Lett. منتشر کرده‌اند.