به‌واسطه تحقیقی که شیمیدانان دانشگاه تگزاس انجام داده‌اند، راندمان پیل‌های خورشیدی مرسوم می‌تواند از حد کنونی ۳۰ درصد به بیش از ۶۰ درصد افزایش یابد.
نقاط کوانتومی پیل‌های خورشیدی را متحول خواهند کرد
به‌واسطه تحقیقی که شیمیدانان دانشگاه
تگزاس انجام داده‌اند، راندمان پیل‌های خورشیدی مرسوم می‌تواند از حد کنونی
۳۰ درصد به بیش از ۶۰ درصد افزایش یابد. این دانشمندان روش جدیدی توسعه
داده‌اند که در آن بخشی از نور خورشید که دارای انرژی بالاتری است و در
افزاره‌های کنونی به‌طور معمول به‌صورت گرما تلف می‌شود، با استفاده از
نانوبلورهای نیمه‌رسانا یا نقاط کوانتومی تحصیل می‌شود.
حداکثر راندمان پیل‌های خورشیدی کنونی
ساخته‌شده از نیمه‌رساناهای مبتنی بر سیلیکون از نظر تئوری تا حدود ۳۱%
محدود شده است و بهترین افزاره‌های تجاری قابل دسترسی کنونی راندمانی کمتر
از ۲۰% دارند. این راندمان پایین بدین دلیل است که فوتون‌هایی که انرژی
بالاتر از باندگپ این نیمه‌رسانا دارند، حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌های)
داغی تولید می‌کنند که به‌سرعت و در عرض فقط چند پیکوثانیه تا لبه‌های باند
سرد می‌شوند و گرمای خود را به صورت فونون‌هایی (نوسانات شبکه بلوری) آزاد
می‌کنند. طبق گفته دانشمندان اگر بتوان انرژی این الکترون‌های داغ را قبل
از اینکه به گرمای اتلافی تبدیل شود، تحصیل کرد؛ می‌توان راندمان تبدیل
انرژی خورشید به الکتریسیته را تا حدود ۶۶% افزایش داد.
لنون زیااُیانگ ذو و همکارانش در دانشگاه تگزاس در زمینه چگونگی تحصیل این
الکترون‌های داغ قبل از اینکه انرژی‌شان تلف شود، قدم مهمی برداشته‌اند.
آنها متوجه شدند که این الکترون‌ها را می‌توان از نانوبلورهای سلنید سرب (PbSe)
تحریک شده به‌وسیله نور به یک رسانای الکتریکی مجاورِ ساخته‌شده از دی
اکسید تیتانیوم منتقل کرد. این محققان این پدیده را در نقاط کوانتومی ساخته‌شده
از سلنید سرب نشان دادند، اما این روش را می‌توان به‌خوبی برای نقاط
کوانتومی ساخته شده از دیگر مواد نیز به‌کار برد.
این پژوهشگران کار خود را با ساخت نمونه‌هایی از یک یا دو تک‌لایه‌ی نقاط
کوانتومی ترسیب‌شده روی تیتانیای تک‌بلوری مسطح شروع کردند. آنها
نانوبلورهای سلنید سربی با قطرهایی در محدود ۳/۳ تا ۷/۶ نانومتر، را بررسی
کردند. این محققان با استفاده از طیف‌بینی فوتوالکترونی UV و اندازه‌گیری‌های
جذب نوری انرژی کمترین سطوح الکترونی تحریک‌شده در این نانوبلورهای سلنید
سرب را تعیین کردند. آنها متوجه شدند که این سطوح انرژی همیشه زیر باند
هدایت تیتانیای هستند و این بدین معنی است که الکترون‌های داغ می‌توانند از
این نقاط کوانتومی سلنید سرب به دی اکسید تیتانیوم منتقل شوند.
این دانشمندان اکنون سعی خواهند کرد که پیل خورشیدی بسازند که در آن انرژی
این الکترون‌های داغ منتقل شده، به جریان الکتریکی تبدیل می‌شود.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Science منتشر شد است.
