ساخت الکترودهای شفاف و منعطف برای پیل‌های خورشیدی

پیل‌های خورشیدی صلب مبتنی بر سیلیکون برای استفاده در پیل‌های خورشیدی لایه نازک با قابلیت شکل‌دهی مناسب نیستند. این پیل‌های منعطف، شفاف بوده و در آنها الکترودهای رسانای الکتریکی با دریافت نور تولید جریان می‌کنند. اخیرا یک الکترود پلیمری بافته شده تولید شده است که می‌تواند برای استفاده در پوشش‌های اکسید قلع ایندیم مناسب باشد.

پیل‌های خورشیدی صلب مبتنی بر سیلیکون، که عموما در بازار یافت می‌شود، برای استفاده در پیل‌های خورشیدی لایه نازک با قابلیت شکل‌دهی مناسب نیستند. این پیل‌های منعطف، شفاف بوده و در آنها الکترودهای رسانای الکتریکی با دریافت نور تولید جریان می‌کنند. اخیرا یک الکترود پلیمری بافته شده توسط آزمایشگاه مواد فدرال سوئیس (Empa)) تولید شده است که می‌تواند برای استفاده در پوشش‌های اکسید قلع ایندیم مناسب باشد.

کمبود مواد اولیه و افزایش استفاده از مواد نادر موجب شده است که دستگاه‌ها و قطعات الکترونیکی هر روز گرانتر شود. این مواد گران‌قیمت برای تولید الکترودهای شفاف در تلفن‌های همراه مجهز به صفحات لمسی، نمایشگرهای بلور مایع، LEDهای آلی و پیل‌های خورشیدی لایه نازک به‌کار می‌رود. در حال حاضر از اکسید قلع ایندیوم (ITO) که یک اکسید شفاف است، در این دستگاه‌ها استفاده می‌شود. از آنجایی که این ماده نسبتا گران‌قیمت است، به‌کارگیری آن در حجم وسیع مانند پیل‌های خورشیدی مقرون به‌صرفه نیست. بنابراین محققان به‌دنبال جایگزینی برای آن هستند.

اکسید شفاف فاقد ایندیوم وجود ندارد و از آنجایی که تقاضا برای این ماده به‌شکل روزافزون در حال افزایش است لذا منابع آن در حال نایاب شدن است. علاوه‌براین، این ماده بسیار شکننده بوده که این یک محدودیت بزرگ برای آن محسوب می‌شود. تحقیق برای یافتن جایگزینی برای این ماده که هم شفاف باشد و هم از نظر الکتریکی رسانا باشد، کار بسیار دشواری است. در حال حاضر استفاده از مواد همچون پلیمرهای رسانا، نانولوله‌های کربنی و گرافن در دست بررسی است. الکترودهای مبتنی بر کربن مقاومت سطحی بالایی از خود نشان می‌دهند و در نتیجه هدایت الکتریکی کمی دارند. اگر یک شبکه فلزی به لایه آلی افزوده شود نه تنها هدایت آن را بهبود می بخشد بلکه پایداری لایه فلزی را نیز افزایش می‌دهد. اگر پیل خورشیدی ساخته شده از این ماده خم شود، آنگاه لایه‌های الکترود شکسته می‌شود و هدایت الکتریکی خود را از دست می‌دهد. بنابراین چالش اصلی تولید ماده‌ای رسانا، پایدار، شفاف و کم هزینه برای فرآیندهای تولید صنعتی است.

برای حل این مشکل محققان EMPA با همکاری شرکت Sefar AG پلیمری بافته‌اند که منعطف و شفاف است. آنها با استفاده از روش رول تو رول، مشابه فرآیند چاپ روزنامه، این پلیمر را تولید کردند. استفاده از سیم‌های فلزی، رسانا بودن پلیمر را تضمین می‌کند. سپس با استفاده از پلاستیک خنثی آن را محاط می‌کنند. محصول بدست آمده یک پلیمر پایدار و شفاف است که از انعطاف‌پذیزی خوبی نیز برخوردار است.