ساخت پیل خورشیدی لایه‌ای از جنس نقاط کوانتومی

پرالای سانترا و پراشانت کامات از دانشگاه نوتردام در ایالت ایندیانا تصمیم داشتند تا پیل خورشیدی رنگین‌کمانی خود را تست کنند این پیل قادر است تا طول‌های موج‌های بیشتری را در طیف نور مرئی جذب کند. برای ساخت این پیل خورشیدی رنگین کمانی دانشمندان از قطعات مختلف با ویژگی‌های متفاوت استفاده کردند تا بتوانند طیف بیشتری را جذب کنند. برای این منظور محققان از نقاط کوانتومی بهره گرفتند ترکیباتی که قادرند طول موج‌های ویژه‌ای را جذب کنند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی در طول فرآیند سنتز، می‌توان باندگپ سیستم را کنترل کرد و در نهایت طول موج‌های جذب شده را افزایش داد.

در این پروژه محققان از ترکیب شیمیایی بهعنوان ابزاری برای کنترل بیشتر باندگپ استفاده کردند. تمام نقاط کوانتومی مورد استفاده آنها دارای ابعاد یکسانی ( ۴٫۵ نانومتر) است جنس این نقاط کادمیم، سلنیوم و سولفور می‌باشد اما مقدار سلنیوم هر نقطه با دیگری متفاوت است. نقاطی که دارای سلنیوم کمتری هستند باندگپ بیشتری دارند که در نتیجه طول موج‌های کوتاه‌تری را جذب می‌کند. براین اساس محققان نقاط کوانتومی مختلفی تولید کردند: نقاط سبز که بزرگترین باندگپ را دارند، نقاط نارنجی که باندگپ متوسطی دارند و نقاط قرمز که باند گپ کوچکی دارند.

بعد از سنتز نقاط کوانتومی، محققان آنها را روی فیلم‌هایی از جنس دی اکسید تیتانیوم قرار دادند به این شکل که ابتدا نقاط سبز، بعد نارنجی و در نهایت قرمز را روی این سطوح نشست دادند. این لایه‌ها بهعنوان جاذب نور خورشید عمل می‌کنند.

نتایج تست‌های پژوهشگران نشان داد که عملکرد این پیل‌ها بسیار عالی است از میان پیل‌ها مختلف، پیلی که یک لایه نارنجی روی لایه‌ای قرمز داشت عملکرد بهتری نسبت به دیگر لایه‌ها دارد. این لایه بازده ۳٫۲ درصد دارد در حالی که لایه حاوی لایه سبز بازده ۳ درصدی دارد. همچنین نتایج نشان داد که لایه‌ای که دارای لایه نارنجی و قرمز می باشد بازده‌ای ۴۱ درصد بیشتر از پیلی‌ که تنها یک لایه نارنجی یا قرمز داشته، دارد.

نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Tuning the Photovoltaic Response with Luminescent Ternary Cadmium Chalcogenides.” در نشریه Journal of the American Chemical Society به چاپ رسیده است.