دانشمندان دانشگاه فلوریدا با بهره‌گیری از خواص نوری و الکتریکی مطلوب گرافن و افزودن یک دوپ‌کننده آلی، به بالاترین راندمان تبدیل توان برای یک پیل خورشیدی مبتنی بر گرافن رسیدند.
بهبود راندمان پیل‌های خورشیدی مبتنی بر گرافن
|
با بهره‌گیری از خواص نوری و الکتریکی مطلوب گرافن و افزودن یک دوپ‌کننده آلی، دانشمندان دانشگاه فلوریدا به بالاترین راندمان تبدیل توان برای یک پیل خورشیدی مبتنی بر گرافن رسیده‌اند. طبق گفته این محققان راندمان تبدیل توان حدود ۲ درصدی افزاره‌های دوپ‌نشده بعد از دوپ‌شدن تا بیش از چهار برابر افزایش یافته و به حدود ۹ درصد می‌رسد.
سفاتین تونگی، رهبر این گروه تحقیقاتی توضیح داد: «در اینجا، ما نه تنها از مزیت شفافیت نوری گرافن بهره جستیم، بلکه با تنظیم سطح فرمی گرافن با استفاده از یک لایه روکش آلی پایدار و ارزان، مقاومت الکتریکی گرافن را نیز کاهش داده‌ایم.»
در این پیل‌های خورشیدی جدید، لایه منفردی از گرافن قرار گرفته روی یک ویفر سیلیکونی بعنوان اتصال شوتکی عمل می‌کند. این اتصال جزء اصلی افزاره‌های فوتوولتائیک ساده بنام پیل‌های خورشیدی اتصال شوتکی است. تحت تابش، جفت‌های الکترون – حفره در سیلیکون بوسیله نور تولید می‌شود. الکترون‌ها و حفره‌های تولید شده بوسیله پتانسیل الکتریکی اتصال شوتکی مجزا می‌شوند و بوسیله تماس‌های نیمه‌رسانا و گرافن باردار شده بصورت مثبت جمع‌آوری می‌شوند.
پیل‌های خورشیدی اتصال شوتکی مبتنی بر گرافن: (a) دوپ‌نشده، (b)دوپ‌شده و(c) تصویری از یک پیل خورشدی دوپ‌شده، نشان‌دهنده تماس با رابط‌های تماسی.
این جریان یافتن حامل‌های بار در مسیرهای مجزا (الکترون‌ها در یک جهت و حفره‌ها در جهت دیگر جریان می‌یابند) یک خاصیت معین از اتصال شوتکی است که تولید توان از این افزاره را ممکن می‌سازد. در حالی که پیل‌های خورشیدی اتصال شوتکی مبتنی بر گرافن قبلا نیز شرح داده شده‌اند، در اینجا این محققان یک مرحله جلوتر رفته و با استفاده از یک روش ریخته‌گری- چرخشی گرافن را با TFSA شیمیایی آلی دوپ کردند.
پیل خورشیدی گرافنی با روکش آلی (TFSA).
دوپ‌کردن به این محققان اجازه می‌دهد که سطح فرمی (اندازه‌ای از انرژی الکتریکی) را تنظیم کنند و این منجر به دو تغییر می‌شود که راندمان کلی این نوع پیل خورشیدی را بهبود می‌دهند: کاهش مقاومت گرافن و افزایش پتانسیل توکار گرافن که منجر به جداسازی مؤثرتر جفت‌های الکترون – حفره تولید شده بوسیله فوتون‌های جذب‌شده می‌شود.
در مقایسه با پیل‌های خورشیدی اتصال شوتکی که از اکسید قلع ایندیوم استفاده می‌کنند، آنهایی که از گرافن استفاده می‌کنند، چندین مزیت دارند. برای مثال توانایی برای تنظیم خواص گرافن، محققان را قادر به بهینه کردن راندمان پیل خورشیدی و استفاده از لایه گرافنی روی دیگر نیمه‌رساناها به غیر از سیلیکون، می‌کند. این دانشمندان امید دارند که روش‌های آنها که ساده و مقیاس‌پذیر هستند، بتواند منجر به بهبود افزاره‌های بیشتری شوند.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند. |
