افزایش بازده پیل‌های خورشیدی با تغییر ساختار آنها

یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه کارولینای شمالی با همکاری همتایان انگلیسی خود،
دریافته‌اند که پایین بودن میزان تبدیل انرژی در پیل‌های خورشیدی متأثر از ساختار
این پیل‌هاست و به همین دلیل به تغییر ساختار آن پرداخته، طراحی جدیدی با استفاده
از نانوساختارها ارائه کرده‌اند. آنها امیدوارند که یافته‌هایشان منجر به افزایش
کارایی پیل‌های خورشیدی شود.

پیل‌های خورشیدی از لایه‌های نازکی ساخته شده‌‌اند. جنس این لایه‌ها که درون هم
نفوذ کرده‌اند، دو نوع پلاستیک رسانا بوده که به‌دلیل قیمت پایین و امکان رنگ‌آمیزی
آن، استفاده از آنها بسیار رایج شده‌است. روی این پلاستیک‌ها می‌توان پوشش‌ها
مختلفی از جمله فیلم‌ها انعطاف‌پذیر از جنس بطری‌های نوشابه اعمال کردالبته استفاده
از این پیل‌ها هنوز مقرون به‌صرفه نیست، زیرا تنها قادرند ۳ درصد از پرتو رسیده را
به انرژی تبدیل کنند درحالی که پیل‌های خورشیدی فعلی ۱۵ تا ۲۰ درصد کارایی دارند.

هارالد آده، استاد دانشگاه و محقق این پروژه، می‌گوید:«برای جذب فوتون از نور
خورشید، پیل‌های خورشیدی باید ضخامت لازم را داشته باشند، همچنین باید ساختار بسیار
ریزی هم داشته باشند که انرژی جذب‌شده (به‌‌صورت الکترون یا حفره) بتواند از آن
ساختارها عبور کرده، به الکتریسیته تبدیل شود. فوتون‌ها جذب‌شده به‌وسیله‌ی پیل از
سایت تبدیل انرژی بسیار دور هستند، محل تماس میان دو پلاستیک نیز کاملاً از هم جدا
نیست تا بتواند جداسازی بارها را به‌خوبی انجام دهد، بنابراین بخشی از انرژی گم می‌شود.»

به اعتقاد آده برای افزایش کارایی این پیل‌ها، باید ضخامت لایه‌های جذب‌کننده‌ی
فوتون ۱۵۰ تا ۲۰۰ نانومتر باشد، در نتیجه الکترون یا حفره، پیش از جداسازی بارها،
تنها لازم است که مسافت ۱۰ نانومتری را بپیماید.

در پیل‌های خورشیدی پلیمری فعلی، مینیمم فاصله‌ای که الکترون یا حفره طی می‌کند، ۸۰
نانومتر است. این مقدار، اندازه‌ی ساختاری است که درون فیلم نازک تشکیل شده‌است،
همچنین فرایند ساخت این پیل‌ها به شکلی است که محل تماس دو پلاستیک شفاف و مشخص
نیست و از این رو بخشی از الکترون و حفره هدر می‌رود. در روش‌ تولید جدید، باید
ساختارها درونی کوچک‌تر و محل تماس دو پلاستیک شفاف‌تر شود.

آده و همکارانش قصد دارند به بررسی انواع مختلف پیل‌های خورشیدی پلیمری بپردازند تا
ببینند که آیا بازده پایین آنها مربوط به مشکل ساختاری است. آنها امیدوارند که
اطلاعاتشان به تولیدکنندگان کمک کند تا به جستجوی راه‌های دیگری برای طراحی پیل‌های
خورشیدی پر بازده انجامد.