دانشمندان دانشگاه استنفورد پیلی خورشیدی ساختند که تماما از کربن تشکیل شده است. کربن یک جایگزین نویدبخش برای مواد گران استفاده شده در افزاره‌های فوتوولتائیک امروزی است.
اولین پیل خورشیدی تمام کربنی
دانشمندان دانشگاه استنفورد اولین پیل خورشیدی که تماما از کربن تشکیل شده است، را ساخته‌اند. کربن یک جایگزین نویدبخش برای مواد گران استفاده شده در افزاره‌های فوتوولتائیک امروزی است.
برخلاف پنل‌های خورشیدی سیلیکونی انعطاف‌ناپذیر که روی پشت‌بام‌ها قرار داده می‌شوند، فیلم نازک این محققان که از مواد کربنی تشکیل شده است، را می‌توان روی سطوح ساختمان‌ها، پنجره‌ها یا روی ماشین‌ها برای تولید الکتریسیته روکش داد. این تکنیک روکش‌دهی همچنین توان بالقوه‌ای برای کاهش هزینه‌های ساخت دارد.
میکائیل وسگوریتچیان، یکی از این محققان، گفت: «فرآوری پیل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون نیاز به چندین مرحله دارد. اما تمام افزاره ما را می‌توان با استفاده از روش‌های روکش‌دهی ساده‌ای ساخت که نیاز به ابزار و ماشین‌های گران‌قیمت ندارند.»
پیل خورشیدی این گروه شامل یک لایه فعال نوری است که بین دو الکترود ساندویچ شده و نور خورشید را جذب می‌کند. در یک پیل خورشیدی فیلم نازک معمولی، الکترودها از فلزهای رسانا و اکسید قلع ایندیوم (ITO) ساخته می‌شوند. ژنان باو، یکی دیگر از این محققان، گفت: «موادی مانند ایندیوم کمیاب هستند و در صورت استفاده در پیل‌های خورشیدی گران‌تر نیز می‌شوند. از طرف دیگر کربن کم‌هزینه و روی زمین فراوان است.»
اولین پیل خورشیدی تمام کربنی.
در این تحقیق، باو و همکارانش بجای نقره و ITO که در الکترودهای مرسوم استفاده می‌شوند، از گرافن و نانولوله کربنی چندجداره استفاده کردند. باو گفت: «نانولوله‌های کربنی خواص جذب نور و رسانایی الکتریکی شگفت‌انگیزی دارند.»
این دانشمندان برای لایه فعال پیل خورشیدی‌شان از مواد متشکل از نانولوله‌های کربنی و باکی‌بال‌ها استفاده کردند. وسگوریتچیان گفت: «همه اجزاء در پیل خورشیدی‌مان، از مواد کربنی ساخته شده‌اند.» یکی از عیب‌های نمونه‌های تمام کربنی این است که نور را معمولا در طول‌موج‌های نزدیک مادون‌قرمز جذب می‌کنند که منجر به راندمان آزمایشگاهی کمتر از ۱ درصد (خیلی کمتر از راندمان پیل‌های خورشیدی تجاری) می‌شود.»
باو گفت: «با مواد و تکنیک‌های فرآوری بهتر، ما انتظار داریم که راندمان به شدت افزایش یابد.» این گروه استنفوردی راه‌های متنوعی را برای بهبود راندمان بررسی کردند. این محققان همچنین نانومواد کربنی را بررسی کردند که می‌توانند در گستره وسیع‌تری از طول موج‌ها شامل طیف مرئی، نور بیشتری جذب کنند.
باو توضیح داد: «مواد ساخته شده از کربن خیلی مستحکم هستند. آنها در دماهای بالا نزدیک ۱۱۰۰ درجه فارانهایت نیز پایدار هستند.» طبق گفته وسگوریتچیان توانایی پیل‌های خورشیدی کربنی برای کار کردن در شرایط بسیار سخت می‌تواند بر نیازشان به راندمان بالاتر غلبه کند. وسگوریتچیان توضیح داد: «ما باور داریم که پیل‌های خورشیدی تمام کربنی را می‌توان در محیط‌های خشن مانند دماهای بالا یا تنش‌های بالای فیزیکی بکار برد. اما ما راه‌های مختلف برای بهبود افزاره‌مان را بررسی می‌کنیم و می‌خواهیم به بالاترین راندمان ممکن برسیم.»
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ACS Nano منتشر کرده‌اند.
