افزایش بازده پیل‌های خورشیدی با تقویت نقاط کوانتومی موجود در آن

طی سال‌های گذشته، محققان از نقاط کوانتومی برای جذب نور و افزایش بازده پیل‌های خورشیدی استفاده کرده‌اند. اخیرا پژوهشگران یک گام دیگر به جلو برداشته و ثابت کرده‌اند که برخی نقاط کوانتومی می‌توانند بازده پیل‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی InAs/GaAs را ۵۰ درصد افزایش دهند.

طی سال‌های گذشته، محققان از نقاط کوانتومی
برای جذب نور و افزایش بازده پیل‌های خورشیدی استفاده کرده‌اند. اخیرا
پژوهشگران یک گام دیگر به جلو برداشته و ثابت کرده‌اند که برخی نقاط
کوانتومی می‌توانند بازده پیل‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی InAs/GaAs را
۵۰ درصد افزایش دهند.

در مقاله‌ای که اخیرا محققان دانشگاه بوفالو، آزمایشگاه تحقیقات ارتش
آمریکا و مرکز تحقیقات نیروی هوایی آمریکا (AFOSR) در نشریه Nano Letters
به چاپ رساندند، نشان دادند که برخی نقاط کوانتومی می‌توانند بازده پیل‌های
خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی InAs/GaAs را ۵۰ درصد افزایش دهند.

 

 
برای این پروژه آنها روی پیل‌های خورشیدی
هتروساختار دارای نقاط کوانتومی InAs/GaAs کار کردند. نقاط کوانتومی می‌توانند
تابش‌های مادون قرمز را جمع‌آوری کرده و انها را به انرژی الکتریکی تبدیل
کنند. با این حال نقاط کوانتومی نوترکیبی را در حمل کننده‌های نور افزایش
داده و جریان نوری را کاهش می‌دهند. بنابراین تاکنون به دلیل محدودیت فوق
الذکر، بهبود کارایی سلول‌های فتوولتائیک با استفاده از نقاط کوانتومی تنها
چند درصد بوده است.

برای حل این مشکل محققان با استفاده از مواد تقویت کننده، نقاط کوانتومی را
باردار کردند. در این پروژه آنها ۲، ۳ و ۶ الکترون را در هر نقطه اضافه
کردند و در نهایت دیدند که بازده فتوولتائیک به ترتیب ۴٫۵ درصد، ۳۰ درصد و
۵۰ درصد نسبت به سلول‌های تقویت نشده، افزایش یافت. در حالتی که ۶ الکترون
به نقطه کوانتومی اضافه شد، بازده کل سلول از ۹٫۳ درصد به ۱۴ درصد افزایش
یافت.

پژوهشگران دلیل این افزایش را دو چیز می‌دانند، اول این که، نقطه باردار می‌تواند
موجب انتقال‌های مختلف الکترونی شده و در نهایت جذب تابش مادون قرمز را
افزایش می‌دهد. دوم این که، بار موجود در نقطه منجر به سد پتانسیلی در
اطراف نقطه شده و این سد اجازه بازگشت الکترون را به درون نقطه نمی‌دهد.
این اثر سد، پیش از این توسط محققان دیگری برای بهبود حساسیت شناساگرهای
مادون قرمز استفاده شده بود.

از آنجایی که هیچگونه اشباع شدن در این فرآیند تقویت مشاهده نشده است،
بنابراین محققان پیش بینی می‌کنند که با افزایش سطح تقویت نقاط کوانتومی
بتوان بهره کار را باز هم افزایش داد. محققان قصد دارند به بررسی تاثیر
متقابل این دو اثر در تقویت با سطح بالا بپردازند. آنها پیش بینی می‌کنند
با افزایش سطح تقویت، بازده افزایش یابد.

از این فناوری می‌توان در ادوات فتوولتائیک دیگر که حاوی نانوبلور یا نقاط
کوانتومی هستند، نظیر سلول‌های پلاستیک پلیمری و اکسید فلزی متخلخل حساس به
رنگ، استفاده کرد.