یک گروه تحقیقاتی به رهبری جان زو از آزمایشگاه ملی اِوک ریدج با ساخت پیل خورشیدی مبتنی بر نانومخروط سه بعدی راندمان تبدیل نور به توان فوتوولتائیک را تا نزدیک ۸۰ درصد رسانده است.
نانومخروط ها راندمان پیل خورشیدی را افزایش می‌دهند
یک گروه تحقیقاتی به رهبری جان زو از
آزمایشگاه ملی اِوک ریدج با ساخت پیل خورشیدی مبتنی بر نانومخروط سه بعدی
راندمان تبدیل نور به توان فوتوولتائیک را تا نزدیک ۸۰ درصد رسانده است.
این فناوری در حقیقت بر مشکل انتقال ضعیف بارهای تولید شده بوسیله فوتون‌های
خورشیدی غلبه می‌کند. این بارها (الکترون‌های منفی و حفره‌های مثبت) معمولا
بوسیله نقایص در مواد توده‌ای و فصل‌مشترک‌شان بدام می‌افتند؛ و این پدیده
منجر به افت عملکرد می‌شود.
زو گفت: برای حل مشکل مربوط به بدام‌افتادن
بارها که راندمان پیل خورشیدی را کاهش می‌دهد، ما یک پیل خورشیدی مبتنی بر
نانومخروط ساختیم؛ روش‌هایی برای سنتز این پیل‌ها ابداع کردیم و راندمان
مجموعه بار اصلاح شده را شرح دادیم.
این ساختار خورشیدی جدید شامل نانومخروط‌های نوع n است که بوسیله یک نیمه‌رسانای
نوع p احاطه شده‌اند. این نانومخروط‌های نوع n از اکسید روی ساخته می‌شوند
و بعنوان چارچوب اتصال و رسانای الکترون استفاده می‌شوند. ماتریس نوع p نیز
از تلورید کادمیوم چندبلوری ساخته می‌شود و بعنوان محیط جاذب اولیه فوتون و
رسانای حفره استفاده می‌شود.
زو و همکارانش با این راهبرد در مقیاس آزمایشگاهی قادر شدند که به راندمان
تبدیل نور به توان سه و دو دهم درصدی برسند که از راندمان یک و هشت دهم
درصدی ساختار مسطح مرسوم این ماده بیشتر است.
زو گفت: ما برای تهیه یک توزیع میدان
الکتریکی ذاتی، ساختار سه بعدی طراحی کردیم، بطوری که انتقال موثر بار و
راندمان بالا در تبدیل انرژی از نور خورشید به الکتریسیته را تقویت می‌کند.
برجستگی‌های مهم این ماده خورشیدی عبارتند از: توزیع میدان الکتریکی
بی‌نظیرش که منجر به انتقال موثر بار می‌شود؛ سنتز نانومخروط‌ها با استفاده
از روش‌های ویژه ارزان؛ و حداقل نقایص و فضاهای خالی در نیمه‌رساناها.
نقایص کم در نیمه‌رساناها باعث تقویت خواص نوری و الکتریکی برای تبدیل
فوتون‌های خورشیدی به الکتریسیته می‌شود.
زو گفت : نکته مهم در اختراع ما این است که شکل نانومخروطی، میدان الکتریکی
بالایی در مجاورت نوک تولید می‌کند که باعث جداسازی، تزریق و جمع‌آوری موثر
بارهای کوچک می‌شود و درنتیجه در مقایسه با یک پیل مسطح مرسومِ ساخته شده
با همان ماده، منجر به راندمان بالاتری می‌شود.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در دو مقاله تحت عناوین
“انتقال موثر بار در پیل‌های خورشیدی فیلم – نوک نانومخروطی” و “پیل‌های
خورشیدی نانواتصال مبتنی بر فیلم‌های CdTe چندبلوری رشدیافته روی
نانومخروط‌های ZnO” در IEEE Proceedings منتشر کرده‌اند.
