افزایش راندمان پیل‌های خورشیدی با نانوذرات

پیل‌های خورشیدی، نور را مثل گیاهان به انرژی تبدیل می‌کنند. این کار در گیاهان
به صورت ذاتی انجام می‌پذیرد، اما پیل‌های خورشیدی به کمک بلورهای نیمه‌هادی که
اتم‌های اضافی وارد شبکه بلوری آنها شده است، می‌توانند نور را به انرژی تبدیل
کنند. پیل‌های فعلی قادر نیستند تمام نور دریافتی را به انرژی قابل استفاده
تبدیل کنند، زیرا بخشی از نور از سطح پیل به هوا باز می‌گردد. به علاوه، نور
خورشید دارای طیف‌های رنگی مختلفی است، و پیل خورشیدی ممکن است مثلاً در تبدیل
طیف آبی به انرژی خوب عمل کند اما برای طیف قرمز اینگونه نباشد.

راهکار نانوذره‌ای به دنبال درمان این مشکلات است. کلید اصلی این تحقیق، ایجاد
یک اختلال الکتریکی کوچک به نام “پلاسمون سطحی” است. وقتی نور به یک فلز
می‌تابد، می‌تواند امواجی را در سطح فلز ایجاد کند. سپس این امواج الکترونی به
صورت امواجی بر سطح یک تالاب حرکت می‌کنند. اگر فلز مورد بحث، به صورت یک ذره‌ی
کوچک باشد، نور ورودی می‌تواند آن را دچار ارتعاش کند که منجر به پراکنش نور
خواهد شد.

پژوهشگران در مقاله‌ی مذکور نشان دادند که اگر یک پوشش نانومتری از نانوذرات
فلزی بر سطح پیل خورشیدی نشانده شود چه اتفاقی خواهد افتاد. اولاً استفاده از
نانوذرات موجب افزایش پراکنش نور ورودی خواهد شد، که این به معنی ماندن بخش
بیشتری از نور بر سطح پیل است. ثانیاً محققان با تغییر اندازه و جنس نانوذرات،
توانستند میزان تبدیل طیف‌های رنگی با راندمان پایین را هم افزایش دهند.

در این کار، که در مؤسسه‌ی فیزیک اتمی و مولکولی هلند انجام شد، محققان نشان
دادند که می‌توان میزان به دام افتادن نورهای با طول موج بلند (رنگ قرمز) را تا
بیش از ده برابر افزایش داد. در حالی که همین محققان در کار قبلی‌شان در
دانشگاه نیو ساوت والز (New South Wales) نشان داده بودند که با کمک نانوذرات
می‌توان راندمان دریافت نور را تا ۳۰ درصد افزایش داد.

یکی از این پژوهشگران به نام کاچپُل، می‌گوید: “به نظرم ما حدوداً سه سال دیگر
تا استفاده‌ی عملی از پلاسمون در تولید انرژی از نور خورشید فاصله داریم. موضوع
حائز اهمیت در‌ای باره این است که استفاده از پلاسمون در هر نوع پیل خورشیدی،
اعم از سیلیکونی یا انواع جدیدتر فیلم نازک، امکان‌پذیر است.”