ساخت پیل خورشیدی انعطاف‌پذیر با به‌کارگیری نانولوله‌های کربنی

محققان دانشگاه نورت وسترن از نانولوله‌های کربنی در ساخت پیل‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر استفاده کرده‌اند. سلول‌های خورشیدی متداول، شکننده و از جنس مواد معدنی هستند.

با به‌کارگیری نانولوله‌های کربنی در ساخت تجهیزات مولد انرژی مانند پیل‌های خورشیدی، دوام و پایداری آنها افزایش یافته و همچنین تولید انرژی مقرون به‌صرفه می‌شود. انعطاف‌پذیری مکانیکی پیل‌های خورشیدی امکان استفاده آنها را در لباس، منسوجات، کوله پشتی و منابع قابل حمل ذخیره انرژی مورد استفاده در تجهیزات الکترونیکی شخصی و نظامی فراهم می‌کند.

پیل‌های خورشیدی از چندین لایه تشکیل شده‌اند که لایه‌های شفاف رسانا نیز در این ساختار استفاده می‌شوند. این لایه‌ها امکان عبور نور و همچنین ذخیره انرژی الکتریسیته را فراهم می‌کنند. ماده‌ی رسانای به‌کارگرفته شده در این لایه باید هم رسانای الکتریکی و هم شفاف نوری باشند. قابل ذکر است که تنها تعداد معدودی از مواد، دو خاصیت مذکور را تواماً دارا هستند.

هرسام مارک، سرپرست گروه تحقیقاتی از دانشگاه نورت وسترن، بیان می‌کند که در سال‌های اخیر از اکسید قلع ایندیوم در کاربردهای رساناهای شفاف استفاده شده است. این مواد دارای معایبی هستند و استفاده از آنها با محدودیت شکننده بودن و قیمت بالای ایندیوم مواجه بوده و برای استفاده در پیل‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر مناسب نیسنتد. همچنین مارک اظهار می‌دارد که تمایل زیادی برای جایگزینی مواد کربنی، به‌‌خصوص نانولوله‌های کربنی تک دیواره که قطری معادل ۱ نانومتر دارند، به‌جای ایندیوم وجود دارد زیرا این مواد ، برخلاف اکسید قلع ایندیوم، انعطاف‌پذیر هستند.

محققان معتقدند که نوع نانولوله‌های کربنی در کارآیی رساناهای شفاف بسیار مهم است زیرا با تغییر قطر، زاویه‌ی کایرال و آرایه‌بندی اتم‌های کربن در طول نانولوله، خواص آنها نیز تغییر می‌کند. با در نظر گرفتن پارامترهای مذکور، دو نوع نانولوله‌ی فلزی و نیمه رسانا وجود دارد. نانولوله‌های فلزی، که در پیل‌های خورشیدی آلی به‌عنوان رساناهای شفاف به‌کار گرفته می‌شوند، ۵۰ برابر کارآمدتر از نانولوله‌های نیمه رسانا هستند.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی Advanced Energy Materials به چاپ رسیده است.