استفاده از ذرات آلومینیوم برای افزایش کارایی پیل‌های خورشیدی

یکی از مشکلات پیل‌های خورشیدی کارایی پایین و هزینه‌ی بالای تولید آنهاست. محققان دریافته‌اند که نشست دادن ذرات آلومینیوم روی فیلم‌های نازک پیل‌های خورشیدی، زمان ماندگاری نور را روی آنها افزایش می‌دهد. این کار علاوه بر کاهش هزینه‌ی تولید منجر به افزایش کارایی آن می شود.

یکی از مشکلات پیل‌های خورشیدی کارایی
پایین و هزینه‌ی بالای تولید آنهاست. محققان دریافته‌اند که نشست دادن ذرات
آلومینیوم روی فیلم‌های نازک پیل‌های خورشیدی، زمان ماندگاری نور را روی
آنها افزایش می‌دهد. این کار علاوه بر کاهش هزینه‌ی تولید منجر به افزایش
کارایی آن می شود.

استفاده از پیل‌های خورشیدی یک فناوری کلیدی به‌سوی تولید انرژی پاکیزه است.
متأسفانه به‌دلیل هزینه‌ی بالا هنوز این فناوری قابل رقابت با دیگر فناوری‌ها
نیست. یکی از راه‌های غلبه بر این مشکل، کاهش مصرف مواد نیمه‌هادی گران‌قیمت
در آنهاست؛ اما سلول‌های خورشیدی لایه‌ی نازک عملکرد ضعیف‌تری نسبت به سلول‌های
خورشیدی رایج دارند. یک گروه تحقیقاتی از مؤسسه‌ی آ- استار (A*STAR) با
نشست ذرات آلومینیوم روی سطح سلول‌ها، عملکرد پیل‌های خورشیدی لایه نازک را
بهبود بخشیده‌است.
 

نانوذرات فلزی قادرند نور را بهتر به‌سوی
سلول‌های خورشیدی سوق دهند و مانع از تفرق آنها شوند. در سلول‌های خورشیدی
لایه نازک معمولی، به‌ دلیل ضخامت پیل خورشیدی، بیشتر نور جذب آن می‌شود؛
بنابراین وجود نانوذرات تأثیر بسیار کمی دارد. با این حال وجود نانوذرات
موجب تغییری در این سلول‌ها می‌شود. نانوذرات موجب می‌شوند که پرتوها زمان
بیشتری روی سطح فیلم باقی بمانند که این موضوع منجر به جذب بیشتر نور در
این سلول‌ها می‌شود. با این کار هزینه‌ی تولید سلول‌های خورشیدی به‌شدت
کاهش می‌یابد؛ در حالی که کارایی آنها برای تولید انرژی افزایش چشمگیری
داشته‌است.

محققان کارایی جذب پیل‌های خورشیدی را در هنگام استفاده از نانوذرات مختلف
با اندازه‌های متفاوت بررسی کردند. آنها به‌ویژه روی مقایسه‌ی خواص موجود
میان نانوذرات آلومینیوم و نقره کار کردند که در بیشتر بررسی‌ها، ذرات نقره
ارجح‌تر بودند. ذرات نقره در طیف نور مرئی رزونانس نوری بیشتری داشته و
قادرند نور بیشتری را روی پیل‌های خورشیدی متمرکز کنند؛ البته این موضوع
مشکل‌ساز است، زیرا رزونانس نوری بیشتر، منجر به جذب بیشتر نور به‌وسیله‌ی
نانوذرات شده و در نهایت کارایی پیل‌های خورشیدی پایین می‌آید.

رزونانس نور در نقره در بخشی از طیف نور اتفاق می‌افتد که مطلوب ماست،
درحالی که در آلومینیوم این رزونانس در خارج از محدوده‌ی مورد نظر ما اتفاق
می افتد. اما مزیت آلومینیوم آن است که در مقایسه با نقره، نور بیشتری را
متفرق می‌کند که این موضوع موجب ماندگاری بیشتر نور در سطح پیل خورشیدی می‌شود.
نتایج کار این گروه تحقیقاتی مؤید این حقیقت است که پیل‌های خورشید دارای
ذرات آلومینیوم نور بیشتری را به دام می‌اندازند. به نظر می‌رسد ذرات
آلومینیوم می‌تواند به تجاری شدن پیل‌های خورشیدی لایه‌ی نازک کمک شایانی
کند.