گروهی از محققان آمریکایی با استفاده از ویروس‌های کوچک و بهره‌گیری از توانایی آنها در آرایش دقیق، روش جدیدی برای افزایش بهره تبدیل انرژی در پیل‌های خورشیدی یافته‌اند.
استفاده از ویروس‌ها در افزایش کارایی پیل‌های خورشیدی
گروهی از محققان موسسه فناوری ماساچوست با استفاده از ویروس‌های کوچک و بهره‌گیری از توانایی آنها در آرایش دقیق، روش جدیدی برای افزایش بهره تبدیل انرژی در پیل‌های خورشیدی یافته‌اند.
تحقیق جدید محققان MIT مبتنی بر این واقعیت است که نانولوله‌های کربنی می‌توانند بهره جمع‌آوری الکترون‌ها از سطح پیل‌های خورشیدی را افزایش دهند. با این حال تلاش‌های قبلی برای استفاده از نانولوله‌ها با دو مشکل مواجه بوده است.
اول اینکه در فرایند تولید نانولوله‌ها مخلوطی از دو نوع نانولوله فلزی و نیمه‌رسانا تولید می‌شود. در این تحقیق برای اولین بار نشان داده شده است که نانولوله‌های نیمه رسانا بهره پیل‌های خورشیدی را افزایش می‌دهند، در حالی اثر نانولوله‌های فلزی برعکس است.
مشکل دوم تمایل نانولوله‌ها به تجمع کنار یکدیگر است که این امر کارایی آنها را کاهش می‌دهد. اینجاست که ویروس‌ها به‌کار می‌آیند. این محققان دریافتند که نوع تغییریافته‌ای از یک ویروس به نام M13 که به‌طور معمول باکتری‌ها را آلوده می‌کند، می‌تواند آرایش نانولوله‌ها را روی سطح کنترل کند. این ویروس با جدا نگهداشتن نانولوله‌ها از یکدیگر، از ایجاد اتصال کوتاه در مدار پیل خورشیدی جلوگیری کرده و از تجمع نانولوله‌ها ممانعت به‌عمل می‌آورد.
این پژوهشگران برای بررسی اثر این ویروس از نوعی پیل خورشیدی به‌نام پیل خورشیدی حساس‌شده رنگی استفاده کردند که به‌جای سیلیکون از دی‌اکسید تیتانیوم ساخته می‌شود. با افزودن ساختارهای حاوی ویروس ذکر شده، بهره تبدیل انرژی پیل خورشیدی حدود یک سوم بهبود یافته و از ۸ درصد به ۶/۱۰ درصد افزایش یافت.
این افزایش قابل ملاحظه در کارایی پیل خورشیدی زمانی اتفاق می‌افتد که تنها ۱/۰ درصد از وزن کلی پیل را ویروس‌ها و نانولوله‌ها تشکیل می دهند.
این ویروس‌ها دو عملکرد مختلف را اعمال می‌کنند. آنها دارای پروتیئن‌های کوتاهی به‌نام پپتید هستند که می‌توانند به‌شکلی محکم به نانولوله‌های کربنی پیوند یافته و آنها را از هم دور نگهدارند. هر ویروس می‌تواند تا ۱۰ نانولوله را در جای خود نگهدارد که در این حالت هر نانولوله به حدود ۳۰۰ مولکول پپتید متصل شده است. از سوی دیگر این ویروس به‌نحوی طراحی شده است که می‌تواند یک روکش از جنس دی‌اکسید تیتانیوم که جزء کلیدی پیل خورشیدی حساس‌شده رنگی است، روی نانولوله‌ها تولید کند. بدین ترتیب دی‌اکسید تیتانیوم در تماس نزدیک با نانولوله‌ها قرار می‌گیرد که نقش انتقال‌دهنده الکترون‌ها و هدایت آنها به سمت جمع‌کننده الکترون را ایفا می‌کنند.
جزئیات این کار در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.
