تولید پیل‌های خورشیدی ارزان و کارا با استفاده از نانوذرات متصل

محققان دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه فناوری دلفت (“TU Delft”) و موسسه Kavli در همان
دانشگاه نشان داده‌اند که الکترون‌ها می‌توانند تحت تأثیر نور در لایه‌هایی از
نانوذرات نیمه‌رسانای متصل به‌هم به‌صورت آزادانه حرکت کنند. این دانش جدید در
تولید پیل‌های خورشیدی ارزان و کارا که از نقاط کوانتومی ساخته شده‌اند، بسیار مفید
خواهد بود.

ارزان و کار

تولید صفحات خورشیدی سیلیکونی بلوری که در حال حاضر استفاده می‌شوند، گران است.
پیل‌های خورشیدی ارزان‌تری نیز وجود دارند، اما کارایی آنها پایین است. به‌عنوان
مثال بیشترین بهره تبدیل یک پیل خورشیدی آلی ۸ درصد است. یکی از راه‌های افزایش
کارایی پیل‌های خورشیدی ارزان، استفاده از نانوذرات نیمه‌رسانا یا همان نقاط
کوانتومی است. به‌صورت تئوری می‌توان کارایی این پیل‌ها را تا ۴۴ درصد افزایش داد.
این امر تا حدی به‌دلیل وجود اثر آبشاری است که در سال ۲۰۰۸ توسط محققان TU Delft و
موسسه FOM به اثبات رسیده است. در پیل‌های خورشیدی موجود، هر ذره نوری جذب شده تنها
می‌تواند یک الکترون را تحریک کند (ایجاد یک زوج الکترون-حفره)، در حالی که در پیل
های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی، هر ذره نوری می‌تواند چندین الکترون را
برانگیخته نماید. هر چقدر تعداد الکترون های تهییج شده بیشتر باشد، کارایی پیل
خورشیدی بالاتر است.

نانوذرات متصل

تاکنون ایجاد زوج‌های الکترون-حفره در اثر تابش نور تنها درون محدوده یک نقطه
کوانتومی مشاهده شده بود. برای اینکه بتوان از این زوج‌های الکترون-حفره در پیل‌های
خورشیدی استفاده کرد، باید این زوج ها بتوانند حرکت کنند. این حرکت موجب ایجاد یک
جریان الکتریکی می‌شود که می‌توان آن را با استفاده از یک الکترود جمع‌آوری کرد.
حال محققان این گروه نشان داده‌اند که زوج‌های الکترون-حفره همچنین می‌توانند
به‌صورت بارهای آزاد مابین این ذرات جابه‌جا شوند. آنها برای رسیدن به این هدف،
نانوذرات نیمه‌رسانا را با استفاده از مولکول‌های کوچکی به‌هم وصل کردند. در این
حالت با وجودی که این ذرات همچنان از هم جدا هستند، اما امکان خوشه‌ای سازی آنها به
شکلی فشرده فراهم می‌شود. این ذرات آنقدر به یکدیگر نزدیک هستند که هر ذره منفرد
نور که توسط پیل خورشیدی جذب شود، می‌تواند موجب حرکت الکترون‌ها گردد.

جزئیات این کار در تاریخ ۲۵ سپتامبر در سایت اینترنتی مجله Nature Nanotechnology
منتشر شده است.