افزایش کارایی پیل خورشیدی با استفاده از پنتاسن

محققان آمریکایی راهبرد جدیدی برای افزایش کارایی پیل‌های خورشیدی ارائه کرده‌اند. آنها می‌گویند که اگر از مواد نیمه‌هادی پلاستیک آلی، پنتاسن، در پیل‌های خورشیدی استفاده شود تعداد الکترون‌های به‌دست آمده در اثر برخورد یک فوتون دو برابر می‌شود.

برپایه تحقیقات جدید محققان در دانشگاه تگزاس، کارایی پیل‌های خورشیدی رایج
می‌تواند بهبود چشمگیری پیدا کند. زیایونگ ژو و همکارانش دریافتند که اگر از مواد
نیمه‌هادی پلاستیک آلی در پیل‌های خورشیدی استفاده شود تعداد الکترون‌های به‌دست
آمده در اثر برخورد یک فوتون دو برابر می‌شود. ژو می‌گوید تولید پیل خورشیدی
نیمه‌هادی پلاستیکی از مزایای بسیاری برخوردار است. یکی از این مزایا، قیمت پایین
آن است. این استاد شیمی در ادامه می‌افزاید کشف ما درهای تازه‌ای را به‌سوی
راهبردهای جدید در تبدیل انرژی خورشیدی باز می‌کند به‌طوری که بتوان با کارایی
بالاتر فرآیند تبدیل را انجام داد.

بیشترین بهره تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته در پیل‌های خورشیدی سیلیکونی، از
نظر تئوری، ۳۱ درصد است زیرا بیشتر انرژی خورشیدی صرف گرم کردن پیل شده و تبدیل به
الکتریسته نمی‌شود. این شکل انرژی که به آن الکترون‌های داغ گفته می‌شود به‌صورت
گرما به هدر می‌روند. اگر بتوان این انرژی را مهار کرد و از آن در فرآیند تولید
الکتریسیته بهره جست، آنگاه می‌توان کارایی تبدیل انرژی را به ۶۶ درصد رساند. ژو و
همکارانش نتایج یافته‌های خود را در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Observing the
Multiexciton State in Singlet Fission and Ensuing Ultrafast Multielectron
Transfer در نشریه Science به چاپ رساندند.

در قدم اول ژو و همکارانش نشان دادند که می‌توان الکترون‌های داغ را با استفاده از
نانوبلورها به‌دام انداخت. آنها نتایج این یافته را نیز در سال ۲۰۱۰ در نشریه
Science به چاپ رساندند. البته ژو می‌گوید پیاده سازی این فناوری با چالش‌های
بسیاری همراه است.

برای مثال، تنها در صورتی که نور خورشید به‌صورت متمرکز روی پیل بتابد بهره تبدیل
انرژی در آن ۶۶ درصد می‌شود. بنابراین با تابش کم رمق پرتو خورشید نمی‌توان انتظار
چنین کارایی بالایی را داشت.

برای حل این مشکل ژو و همکارانش به یک جایگزین دست یافتند. آنها دریافتند که اگر در
این سیستم از ترکیب نیمه‌هادی آلی به‌نام پنتاسن استفاده شود هر فوتون قادر است یک
کوانتوم تاریک، حالت سایه، ایجاد کند که این مسئله منجر به تولید دو الکترون
می‌شود. با این کار کارایی سیستم افزایش می‌یابد.

ژو می‌گوید با اعمای این یافته جدید می‌توان کارایی پیل خورشیدی را تا ۴۴ درصد
افزایش داد بدون این که نیاز به نور خورشید متمرکز باشد.