افزایش جذب نور در پیل‌های خورشیدی

تحقیقات انجام‌شده در دانشگاه استنفورد نشان می‌دهد که اگر فیلم‌های مورد
استفاده در پیل‌ها خورشیدی در حد نانومتری نازک شوند، میزان جذب آنها ۱۰
برابر بیشتر از مقدار حد ماکزیمم تئوریک می‌شوند. برای رسیدن به این مقدار
باید از روشی به نام «به دام‌اندازی نور» استفاده کرد. در این روش باید نور
را تا آنجا که ممکن است روی پیل خورشیدی نگه داشت تا بیشترین انرژی از آن
گرفته شود. در واقع با افزایش زمان ماندگاری فوتون روی سلول، امکان جذب
فوتون افزایش می‌یابد. بازده جذب، رابطه‌ی مستقیمی با بازده تبدیل انرژی در
پیل خورشیدی دارد.

چندین دهه است که محققان برای به دام‌اندازی نور از زبر کردن سطح پیل‌های
خورشیدی استفاده می‌کنند و با این کار نوری که به سطح سلول می‌رسد به جای
انعکاس و بازگشت، مدتی را درون سلول سپری می‌کند. مدت‌هاست که محققان
نتوانسته‌اند بازده این سلول‌ها را از حدی بیشتر افزایش دهند. در نهایت
آنها فهمیدند که این مسئله یک محدودیت فیزیکی است که مربوط به سرعتی است که
نور با آن درون ماده حرکت می‌کند.

زمانی که محققان نور را درون ماده‌ای با مورفولوژی نانومقیاس انداختند،
دریافتند که نور مدت زمان بیشتری را درون این ساختارها سپری می‌کند و در
نتیجه جذب نور بیشتر از مقداری خواهد شد که به‌صورت تئوریک به‌عنوان حد
ماکزمیم شناخته می‌شود. محققان با استفاده از شبیه‌سازی‌های مختلف دریافتند
که بهترین ساختار برای به دام‌اندازی نور در مقیاس نانو، ترکیبی از چند نوع
لایه‌ی مختلف اطراف یک لایه‌ی نازک آلی است. برای ایجاد این ساختار، یک
روکش فلزی دولایه اطراف یک لایه‌ی آلی کشیده می‌شود. زمانی که نور از لایه‌ی
نازک آلی عبور می‌کند، به‌وسیله‌ی این روکش‌ها محصور شده، به دام می‌افتد.

با تغییر شاخص‌های مختلف این لایه‌ها، مقدار جذب نور ۱۲ برابر افزایش یافت.
هزینه‌ی ساخت این پیل خورشیدی با استفاده از این روش بسیار مقرون به‌صرفه
خواهد بود، زیرا مواد مصرفی در آن از جنس سیلیکون بوده که قیمت پایینی دارد،
همچنین به‌دلیل ساختار نانومقیاس آن، مقدار مصرفی برای ساخت بسیار کم است.
از دیگر مزایای این روش، بی‌نیازی آن به دما و خلأ نه چندان بالا برای ساخت
است.