یکی از مشکلات اصلی پیل‌های خورشیدی گرافنی این است که امکان ساخت ساختارهای گرافنی قابل کنترل از نظر اندازه، بزرگ به اندازه کافی، پایدار و قابل فرآوری، وجود ندارد. اکنون نقاط کوانتومی گرافنی ساخته شده بوسیله محققان دانشگاه ایندیانا ممکن است راه حلی برای این مشکل پیشنهاد کنند.
ساخت پیل‌های خورشیدی کربنی با نقاط کوانتومی گرافنی
یکی از مشکلات اصلی پیل‌های خورشیدی گرافنی این است که امکان ساخت ساختارهای گرافنی قابل کنترل از نظر اندازه، بزرگ به اندازه کافی، پایدار و قابل فرآوری، وجود ندارد. اکنون نقاط کوانتومی گرافنی ساخته شده بوسیله محققان دانشگاه ایندیانا در ایالات متحده ممکن است راه حلی برای این مشکل پیشنهاد کنند. این محققان روش ساختی ابداع کرده‌اند که در صورت ترکیب با شیمی کربن پیشرفته، آنها را قادر می‌سازد که در سرتاسر شیمی محلول نقاط کوانتومی سیاه، قابل فرآوری در محلول و با اندازه یکنواخت بسازند. آنها همچنین شرح داده‌اند که این نقاط کوانتومی گرافنی می‌توانند به‌عنوان حساس‌کننده‌ها برای پیل‌های خورشیدی استفاده شوند.
- a) اتصال ۵،۳،۱- تری‌آلکیل فنیل به گوشه گرافن، b) ساختار مولکولی نقطه کوانتومی گرافنی ۱ c) پیکربندی این نقطه کوانتومی ۱ که از نظر تئوری حداقل انرژی را دارد
لیانگ- شی لی، یکی از این محققان می‌گوید: طبق اطلاعات ما، اینها بزرگ‌ترین صفحات گرافن پایدار هستند و حتی از صفحات ساخته شده با روش پایین به بالا، نیز بزرگ‌تر هستند.
این محققان برای کاهش تمایل نانوساختارهای گرافنی به تجمع و تشکیل ذرات بزرگ‌تر نامحلول، راهبردی برای محافظت از صفحات گرافن با محصور کردن آنها در سه بعد، توسعه داده‌اند.
لی توضییح می‌دهد: ما با اتصال کوالانسی بخش‌هایی از ۵،۳،۱- تری‌آلکیل فنیل چندگانه(در موضع ۲) به گوشه‌های گرافن‌ها به این راهبرد رسیدیم. این تجمع روی گوشه‌ها به گروه‌های فنیل فرعی برای پیچیدن اطراف صفحه گرافنی نیرو وارد می‌کند. در نتیجه این نیرو، زنجیرهای آلکیل در مواضع ۱ و۳ خارج این صفحه توسعه می‌یابند و زنجیره آلکیل در موضع ۵ نیز از پهلو توسعه می‌یابد. این روش یادآور درج اتم‌ها یا مولکول‌ها در گرافیت است که انرژی پیوندی بین لایه‌ای را به شدت کاهش می‌دهد.
گروه جانبی این پوشش، شامل یک حلقه کربنی شش‌گوشه و سه دم دراز خاردار ساخته شده از کربن و هیدروژن، می‌باشد. بدلیل اینکه صفحه گرافنی سخت است، این حلقه جانبی مجبور به یک چرخش ۹۰ درجه‌ای نسبت به سطح گرافن است، ولی سه دم خاردار آزاد هستند.
این دانشمندان کارایی نقاط کوانتوم گرافنی خود را در پیل‌های خورشیدی به‌عنوان جاذب نور، بررسی کردند. آنها توانستند یک چگالی جریانی برابر ۲۰۰ میکروآمپر بر سانتی‌متر مربع و یک ولتاژ مدار باز برابر ۴۸/. ولت، ایجاد کنند. این نقاط کوانتومی گرافنی توانستند مقدار قابل توجهی از نور در محدوده نور مرئی تا نور نزدیک به مادون قرمز را جذب کنند
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nano Letters منتشر شده است.
