طراحی سلول‌های خورشیدی جدید به کمک فناوری نانو

پژوهشگران استرالیایی با استفاده از فناوری نانو سلول‌های خورشیدی نازک و قابل انعطافی را اختراع کرده‌اند که مواد مصرفی آن یک صدم سلول‌های خورشیدی معمول است. این فناوری که پتنت شده است، مبتنی بر جوهرهای حاوی نانوبلورهای ریز و نیمه هادی است که قابلیت چاپ مستقیم بر روی انواع سطوح را دارند.

با انتخاب ترکیب مناسبی از جوهر و سطح می‌توان سلول‌های خورشیدی با راندمان بالا و با استفاده از مقادیر بسیار کم انرژی و ماده تولید کرد. سلول‌های خورشیدی را می‌توان مشابه با پانل‌های خورشیدی کنونی به منظور تولید برق در مواردی همچون چراغ‌های ایستگاه‌های اتوبوس به کار برد.

به گفته براندون از محققان این طرح، «نیاز به مراحل ساخت پیچیده و انرژی‌بر از مشکل‌های سلول‌های خورشیدی کنونی است. با استفاده از جوهرهای نانوبلوری می‌توان سلول‌های خورشیدی را به صورت پیوسته و با سرعت بالاتر تولید کرد. در نتیجه هزینه تولید این سلول‌ها کاهش می‌یابد».

نانوبلورها، که تحت عنوان نقاط کوانتومی نیز شناخته می‌شوند، ذراتی نیمه هادی با قطر چند میلیونیوم میلی‌متر هستند که به دلیل اندازه بی‌نهایت کوچک، این ذرات می‌توانند در محلول معلق بمانند. این محلول را می‌توان بر روی انواع گوناگون مواد از قبیل پلاستیک‌های انعطاف‌پذیر و یا فویل‌های فلزی نشاند. سپس ماده مذکور خشک می‌شود تا لایه‌ای نازک تشکیل شود.

براندون و همکارانش به این مسئله پی برده‌اند که با نشاندن لایه‌های متعدد از نانوبلورها می‌توان هرگونه شکاف ایجاد شده طی فرآیند خشک کردن را پر نمود. نتیجه عملیات مذکور، فیلمی یکنواخت و کاملا فشرده شده است که برای ساخت سلول‌های خورشیدی سبک ایده‌آل است. نانوبلورها از مواد نیمه هادی کادمیوم تلوراید تشکیل شده‌اند که جاذب بسیار قوی نور است. این بدان معنی است که می‌توان سلول‌های حاصل را بسیار نازک ساخت.

براندون می‌گوید: «مقدار ماده به کار برده شده در ساخت این سلول‌ها حدود یک صدم سلول‌های خورشیدی سیلیکونی معمول است. حتی در مقایسه با انواع دیگر سلول‌های کادمیوم تلوراید، سلول‌های ما بسیار نازک‌تر بوده و حدود یک دهم آنها ماده نیاز دارند». این فناوری محدود به سلول‌های خورشیدی نمی‌شود و می‌توان از آن به منظور تولید نسخه‌های قابل چاپ انواع دیگری از وسایل الکترونیکی از قبیل دیودهای گسیل دهنده نور، لیزرها و یا ترانزیستورها استفاده کرد.

براندون برای این پروژه جایزه مخترع جوان دوپونت ۲۰۱۱/۲۰۱۰ (DuPont Young Innovator\’s Award) را دریافت نموده و نتایج کار خود را در ژورنال Nano Letters منتشر کرده است.