استفاده‌ی بهتر از نور خورشید با کمک نانوذرات

طبق مطالعه‌ای که در دانشگاه کالیفرنیا انجام شده است، نانوذرات فلزی می‌توانند بهبود قابل توجهی در بازده انواع خاصی از پیل‌های خورشیدی ایجاد کنند. محققان این دانشگاه می‌گویند وقتی نانوذرات سیلیکا (اکسید سیلیکون) بر روی پیل‌های خورشیدی از نوع InP/GaAsP نشانده شود، بازده تبدیل انرژی آنها تا ۱۷ درصد افزایش می‌یابد.

یکی از موانع اصلی تجاری‌سازی ابزارهای فوتوولتائیک، پایین بودن ضریب تبدیل انرژی خورشید د رمواد سازندی آنهاست. این ضریب به صورت نسبت انرژی الکتریکی خروجی از ماده به انرژی تشعشعات خورشیدی ورودی به آن بیان می‌شود. انرژی الکتریکی خروجی از سلول خورشیدی، برحسب میزان جریان و ولتاژ قابل دریافت از آن اندازه‌گیری می‌شود.

محققان بری افزایش راندمان، باید از موادی استفاده کنند که هم فوتون‌ها را از نور خورشید به خوبی جذب کند و هم حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره ها) را که هنگام جذب فوتون‌ها ایجاد می‌شوند به خوبی جمع کند. برای هدف اول نیاز است از لایه‌ای با ضخامت زیاد (یک میکرومتر یا بیشتر) استفاده شود که ساختار چاه کوانتومی داشته باشد، در حالی که برای هدف دوم باید ضخامت لایه نازک‌تر (در حد ۲/۰ تا ۳/۰ میکرومتر) باشد.

نکته‌ی کلیدی در مطالعه‌ی جدید، ایجاد تعادل بین این دو حالت متناقض است. یکی از این محققان می‌گوید: ” ما تشخیص دادیم که یک منطقه‌ی چاه کوانتومی که بر روی زیرلایه‌ی InP تشکیل می‌شود، یک موجبر صفحه‌ای (slab waveguide) ایجاد می‌کند. بنابراین فوتون‌ها می‌توانند در جهتی موازی با سطح سلول خورشیدی، درون این موجبر پخش شوند. لذا امکان جذب فوتون‌های بیشتر فراهم می‌شود. این راهکار در لایه‌های چاه کوانتومی نازک نیز کارایی دارد.
محققان نشان دادند که با تفرق نور از نانوذرات فلزی یا دی الکتریک که به آسانی بر سطح سلول خورشیدی نشانده می‌شوند، فرایند تبدیل نور به انرژی الکتریکی کامل می‌شود.

هر چه میزان نوری که یک سلول جمع می‌کند بیشتر باشد، راندمان و در نتیجه جریان برق تولیدی از آن افزایش خواهد یافت، و نانوذراتی که بر سطح پیل‌ها نشانده می‌شوند، کمک می‌کنند تا نور بیشتری جمع شود.

این تیم اکنون به دنبال استفاده از موادی با ضریب شکست پایین‌تربه عنوان زیرلایه است تا همچنان راندمان جذب نور را افزایش دهد.

نتایج این پژوهش در مجله‌ی Applied Physics Letters منتشر شده است.