افزایش کارایی پیل‌های خورشیدی با استفاده از گرافن

محققان با استفاده از گرافن در پیل‌های خورشیدی کارایی آنها را افزایش
داده‌اند. گرافن به‌دلیل هدایت الکتریکی بالا موجب افزایش سرعت انتقال
الکترون می شود.

پژوهشگران دانشگاه میشیگان اعلام کردند که جذاب‌ترین نانوماده قرن بیست و
یکم، گرافن، می‌تواند کارایی نسل جدید پیل‌های خورشیدی را افزایش دهد. یون
هانگ هو استاد رشته مهندسی مواد این دانشگاه می‌گوید گرافن ماده‌ای شبکه‌ای
با ساختار لانه زنبوری از جنس کربن است که دارای خواص بسیار جالب است. یکی
از این ویژگی‌ها، هدایت الکتریکی بالای آن است که موجب شده بتوان از این
ماده در نسل جدید پیل‌های فتوولتائیک استفاده کرد.

پیل‌های خورشیدی حساس‌شده به رنگ از مواد نایاب یا گران‌قیمت ساخته
نمی‌شوند بنابراین از نظر هزینه تولید نسبت به فناوری‌های سیلیکونی یا لایه
نازک بسیار مقرون به‌صرفه هستند. مشکل این پیل‌ها آن است که نرخ تبدیل نور
به الکتریسیته در آنها خوب نیست. در پیل‌های خورشیدی حساس‌شده به رنگ،
فوتون‌ها به رنگ موجود در سطح لایه نازکی از جنس اکسید تیتانیوم برخورد
می‌کند و موجب تولید الکترون می‌شود این الکترون‌ها به سمت آند حرکت
می‌کنند. این گروه تحقیقاتی دریافته است که افزودن مقادیری گرافن می‌تواند
هدایت الکتریکی دی اکسید تیتانیوم را افزایش دهد و آن را ۵۲٫۴ درصد بیشتر
از حالت عادی کند.

هو می‌گوید هدایت عالی گرافن موجب می‌شود که این ماده مانند پلی عمل کرده و
الکترون‌ها را با شتاب بیشتری از دی اکسید تیتانیوم به فتوالکترودها منتقل
کند. این گروه تحقیقاتی روشی هم برای تولید دی اکسید تیتانیوم حاوی گرافن
ارائه کرده است. در این روش ابتدا پودر اکسید گرافیت تهیه شده و سپس با
اکسید تیتانیوم مخلوط می‌شود تا خمیری ایجاد شود. در قدم بعد این خمیر به
روی بستری (نظیر شیشه) کشیده شده و در انتها در دمای بالا پخته می‌شود.

هو می‌افزاید این روش بسیار ساده و کم هزینه است اما همانند هر روش دیگری
دارای دستورالعملی است. اگر مقدار گرافن زیاد باشد، آنگاه گرافن‌ها نور
دریافتی را جذب کرده و کارایی پیل کاهش می‌یابد. این پروژه درکارگاه مشترکی
که توسط آمریکا و مصر برگزار کرده‌اند ارائه شده است. این کارگاه از ۱۲ تا
۱۴ مارس در شهر قاهره برگزار شده است. حمایت مالی این پروژه توسط بنیاد
تحقیقات پتروشیمی انجمن شیمیایی آمریکا انجام شده است، نتایج این پروژه
توسط هوی وانگ، سامانتا لئونارد و هو در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Promoting
Effect of Graphene on Dye-Sensitized Solar Cells برای چاپ به Industry
and Engineering Chemistry Research ارسال شده است. وانگ و لئونارد
دانشجویان دکترا مهندسی مواد در این دانشگاه هستند.