پیل‌های خورشیدی بهتر با فیلم‌های نانولوله‌ای

فناوری‌نانو راه حرکت به‌سمت بهبود عملکرد پیل‌های خورشیدی را تسهیل می‌کند. یک
تحقیق جدید در آمریکا، نشان می‌دهد که یک فیلم از نانولوله‌های کربنی ممکن است
بتواند جایگزین دو لایه مختلف شود که به‌طور معمول در پیل‌های خورشیدی به کار می‌روند.
این فیلم عملکرد پیل‌های خورشیدی را بهبود بخشیده، هزینه آنها را کاهش می‌دهد.
محققان در آمریکا روش شگفت‌انگیزی را برای بهبود خواص نانولوله‌ها برای استفاده در
پیل‌های خورشیدی، توسعه داده‌اند. پیل‌های خورشیدی رنگدانه– حساس‌شده
(dye-sensitized) دو لایه مجزا دارند؛ یک فیلم شفاف از جنس یک اکسید رسانای
الکتریسیته و یک فیلم از جنس پلاتین که به‌عنوان یک کاتالیست عمل می‌کند و سرعت
واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهد.
هر دوی این مواد دارای معایبی هستند. از فیلم‌‌های اکسیدی نمی‌توان به‌آسانی برای
مواد انعطاف‌پذیر استفاده کرد و در برابر حرارت روی یک بستر سخت و مقاوم مانند شیشه،
خیلی بهتر عمل می‌کند. این عیب، هزینه‌ها را افزایش می‌دهد و انواع محصولاتی را که
می‌توانند ساخته شوند، محدود می‌کند. برای ایجاد فیلم‌های پلاتینی نیز تجهیزات گران‌قیمتی
لازم است.
جسیکا ترانسیک از مؤسسه سانتا فی، اسکات کالابریس بارتون از دانشگاه ایالت میشیگان
و جیمز هان از دانشگاه کلمبیا، برای ایجاد یک لایه منفرد ـ که بتواند عملکرد هر دو
لایه اکسیدی و پلاتین را انجام دهد ـ از نانولوله‌های کربنی استفاده کردند. آنها
نیاز داشتند که این لایه سه خاصیت داشته باشد: شفافیت، هدایت و فعالیت کاتالیستی.
روش‌های قبلی بهبود هر کدام از این خواص، برای فیلم‌های نانولوله‌های کربنی جوابگو
نبوده و باعث تضعیف یکی از خواص آن می‌شود؛ برای مثال ساختن فیلم‌های ضخیم‌تر، آن
را تبدیل به یک کاتالیست بهتر می‌کند، اما شفافیت را کاهش می‌دهد. طبق تئوری‌های
قبلی، این مواد هنگامی که نقص‌های ساختاری کوچکی دارند، ممکن است فعالیت کاتالیستی
بهتری داشته باشند؛ زیرا این نقص‌ها همانند سایت‌هایی برای اتصال مواد شیمیایی، عمل
می‌کنند. بنابراین این محققان سعی کردند که این نانولوله‌های کربنی را در معرض اُزن
قرار دهند تا عامل‌دار شده و نقص روی سطح‌شان ایجاد شود. آنها متوجه شدند که فیلم‌های
خیلی نازک، کاتالیست‌های بسیار بهتری می‌شوند و فعالیت آنها ده برابر افزایش می‌یابد.
در حقیقت عملکرد آنها به عملکرد پلاتین خیلی نزدیک می‌شود.
ترانسیک می‌گوید:«این خیلی جالب است، زیرا هم‌اکنون پلاتین بهترین کاتالیست موجود
است.»
این محققان برای بهبود شفافیت و هدایت این فیلم نانولوله‌ای، از نانولوله‌های کربنی
طولانی‌تر استفاده کردند. نانولوله‌های طویل‌تر باعث افزایش هدایت و شفافیت فیلم
می‌شوند. از این فیلم‌های نانولوله کربنی ممکن است بتوان در پیل‌های سوختی و
باتری‌ها هم به‌خوبی استفاده کرد.
ترانسیک می‌گوید:«این مطالعه یک مثال از دستکاری ساختار نانومواد( مانند تغییر
چگالی نقایص و طول لوله در مقیاس‌های خیلی کوچک) به‌منظور تقویت همزمان چندین خاصیت
است و نتیجه نهایی آن بهبود عملکرد این نانومواد است. برای رسیدن به فناوری‌های
انرژی کم‌هزینه و انتشار کم آلاینده‌های کربنی، ساخت مواد ارزان‌تر با روش‌های
پیشرفته، ضروری است. این محققان نتایج کار خود را در مجله Nano Letters منتشر
کرده‌اند.