روشی برای تولید سلول‌های خورشیدی ارزان‌تر با کارایی بالا

 یکی از اهداف محققان در افزایش بهره تبدیل انرژی سلول‌‌های خورشیدی این است
که بتوانند مانع ترکیب بارهای آزادی شوند که با برخورد نور به صفحه سلول خورشیدی
تولید می‌شوند. یکی از روش‌های رسیدن به این هدف، ایجاد یک صفحه تمایز میان
نیمه‌هادی‌های نوع منفی (“n”) و نوع مثبت (“p”) است. با این کار در هنگام برخورد نور به
صفحه خورشیدی، بارهای تولید شده منفی و مثبت در دو جهت مخالف حرکت کنند. مینگیونگ
هان و همکارانش، از مرکز مهندسی و تحقیقات مواد در موسسه آ استار موفق شدند روشی
جدید برای تولید صفحه تمایز نانومقیاس با کیفیت بالا تولید کنند. با این کار
می‌توان ادوات فتوولتائیک کاراتر و ارزان‌تر تولید کرد.

بلورهای نیمه‌هادی نانومقیاس، مساحت سطحی افزایش یافته‌ای را برای جذب نور ایجاد
می‌کند که از آنها می‌توان برای تولید ساختارهای سلول خورشیدی استفاده کرد به‌طوری
که هزینه تولید آنها نسبت به سلول‌های الگوداری که با استفاده از لیتوگرافی ساخته
شده، بسیار پایین‌تر است. با این حال ساخت صفحات متمایز کننده با کیفیت بالا در این
سلول‌ها برای جدا کردن نیمه‌هادی‌های نوع منفی و مثبت بسیار دشوار است.

برای حل این مشکل، باید روشی ارائه شود که در آن این دو بخش بصورت شیمیایی به‌هم
متصل شوند. در مطالعات پیشین، از نانوبلورهای دوتایی با ساختار هسته‌ای-پوسته‌ای
برای این کار استفاده شده است. متاسفانه سلول‌های خورشیدی که دارای این نانوبلورها
است، بهره تبدیل انرژی آن بسیار پایین است زیرا نور به‌سختی می‌تواند به هسته این
ساختارها برسد. مینگیونگ هان و همکارانش بر این مشکل فائق آمده‌اند برای این کار
آنها روش جدیدی برای سنتز ارائه کرده‌اند.

در گام اول، محققان از ترکیبی از سورفاکتانت‌ها تحت شرایط دمایی بالا استفاده کردند
تا سولفید مس یک ظرفیتی (CuxS) تولید کنند. این ماده یک نیمه‌هادی نوع مثبت بوده که
دارای شکلی دیسک مانند با ساختاری شش ضلعی است. پهنای آن تقریبا ۴۰ نانومتر و ضخامت
آن ۱۵ نانومتر است. محققان از لبه‌های این ماده استفاده کردند تا سولفید کادمیم نوع
منفی را روی لبه‌های این بلور رشد دهند.

در گام دوم، با استفاده از فرآیندی موسوم به تبادل کاتیونی، محققان بلورهای نوع
منفی را به‌سمت داخل رشد دادند. با این کار به‌صورت شیمیایی بخشی از دیسک‌های CuxS
تبدیل به سولفید کادمیم می‌شود. مینگیونگ هان می‌گوید با این روش می‌توان ساختارهای
متمایز کننده نانومقیاسی تولید کرد که مورفولوژی آنها با مواد اولیه کاملا یکسان
باشد. با تنظیم دقیق و بهینه شرایط واکنش، محققان موفق شدند نانودیسک‌های شش ضلعی
را به‌صورت کاملا متقارن ایجاد کنند. برای تقویت عملکرد الکتریکی این سیستم، به آن
فلز روی افزوده می‌شود.