بررسی رفتار الکترون در پیل‌های خورشیدی

محققان آلمانی به بررسی چگونگی حرکت الکترون در پیل‌های خورشیدی پرداختند. آنها با کمک روشی به نام تماس نقطه‌ی کوانتومی(QPC)، با دقت بالایی این حرکت را رصد و در نهایت شکل هندسی برای طراحی پیل‌ها خورشیدی ارائه کردند که می‌تواند روی عملکرد بهتر پیل‌های خورشیدی مؤثر باشد.

در پیل‌های خورشیدی، تابش نور خورشید منجر به تحریک الکترون‌ها و حرکت به تراز بالاتر می‌شود. این فرایند سرآغاز تولید الکتریسیته در پیل‌های خورشیدی است. یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه صنعتی مونیخ به رهبری الکساندرهولیتنر، موفق به ارائه‌ی روشی شدند که با آن می‌توان مسیر حرکت الکترون‌هایی را که منجر به تولید الکتریسیته می‌شوند، با استفاده از یک شناساگر نوری آنالیز کنند.این روش که به تماس نقطه‌ی کوانتومی(QPC) موسوم است، از کانال هادی بسیار باریکی درون مدار نیمه‌هادی ایجاد شده‌است. محققان کانالی به عرض ۷۰ نانومتر را که برابر طول موج الکترون درون نیمه‌هادی است، ایجاد کردند. با این کار می‌توان تنها یک الکترون را در هر لحظه از درون کانال عبور داد که این مسئله موجب می‌شود با دقت بسیار بالایی بتوان عبور جریان را اندازه گرفت. این گروه تحقیقاتی موفق شدند برای اولین بار از این سیستم در بررسی الکترون‌هایی استفاده کنند که با تابش نور خورشید تولید شده‌است.

در آزمایش گروه تحقیقاتی دانشگاه مونیخ، برای تحریک الکترون‌‌ها به جای نور خورشید از لیزر استفاده شد. الکترون‌های برانگیخته‌شده با استفاده از تماس نقطه‌ی کوانتومی بررسی شدند. پژوهشگران نشان دادند که الکترون‌هایی که از طریق تابش نور تولید می‌شوند، پیش از برخورد با اتم‌های بلور، چند میکرومتر حرکت می‌کنند. در قدم بعد آنها ساختار هندسی‌ایبرای مدارات ارائه کرددند که موجب تأثیر روی مسیر حرکت الکترون‌ها می‌شود.

نتایج و فرصت‌های به دست‌آمده با این روش جدید را می‌توان در حوزه‌های مختلفی از جمله توسعه‌ی قطعات الکترونیکی مانند شناساگرهای نوری، ترازیستورهای پویای الکترونی و قطعاتی که برای به‌کارگیری اسپین مغناطیسی الکترون‌ها در پردازش اطلاعات استفاده می‌شود، به‌کار گرفت.

جدای از گروه هولیتنر، دانشمندان دیگری از جمله جورگ کوتهاس(لودینگ ماکسیمیلیانس دانشگاه مونیخ) و پیتر هانگی(دانشگاه آسبورگ) در این تحقیق که با حمایت مالی پیشگامی نانوسیستم‌های مونیخ، وزارت آموزش فدرال آلمان و چند سازمان دیگر انجام شده‌است، شرکت داشتند.

نتایج این تحقیق در نشریه‌ی Nano Letters به چاپ رسیده‌است.