محققان دانشگاه پرینستون راه اقتصادی و ساده‌ای یافته‌اند که راندمان پیل‌های خورشیدی آلی را حدود سه برابر می‌کند. بسیاری از دانشمندان باور دارند که این افزاره‌های پلاستیکی انعطاف‌پذیر و ارزان می‌‌توانند آینده توان خورشیدی را متحول کنند. این محققان به رهبری استفان چو، با استفاده از یک ساندویچ نانوساختار شده از فلز و پلاستیک که نور را بدام انداخته و جمع‌آوری می‌کند، قادر به افزایش ۱۷۵ درصدی راندمان این پیل‌های خورشیدی شده‌اند.
افزایش بزرگ در توان خورشیدی با یک نانوساختار
محققان دانشگاه پرینستون راه اقتصادی و ساده‌ای یافته‌اند که راندمان پیل‌های خورشیدی آلی را حدود سه برابر می‌کند. بسیاری از دانشمندان باور دارند که این افزاره‌های پلاستیکی انعطاف‌پذیر و ارزان می‌‌توانند آینده توان خورشیدی را متحول کنند. این محققان به رهبری استفان چو، با استفاده از یک ساندویچ نانوساختار شده از فلز و پلاستیک که نور را بدام انداخته و جمع‌آوری می‌کند، قادر به افزایش ۱۷۵ درصدی راندمان این پیل‌های خورشیدی شده‌اند.
این گروه تحقیقاتی برای غلبه بر چالش‌های اولیه‌ای که سبب اتلاف انرژی در پیل‌های خورشیدی می‌شود، از فناوری‌نانو استفاده کرد. این دو چالش اولیه عبارتند از انعکاس نور از پیل و توانایی برای جذب کامل نوری که وارد پیل می‌شود. این محققان با ساندویچ فلزی جدید خود، راهی برای غلبه بر این دو چالش ارائه دادند. این نانوساختار – که حفره پلاسمونیکی زیر طول موج نامیده می‌شود – توانایی مضاعفی برای کاهش انعکاس و افزایش بدام‌اندازی نور، دارد.
لایه بالایی این پیل خورشیدی جدید که به لایه پنجره معروف است، شامل یک توری فلزی بطور باورنکردنی ریزی است. در این توری، ضخامت فلز، ۳۰ نانومتر است و قطر حفره‌ها ۱۷۵ نانومتر است که به فاصله ۲۵ نانومتر از همدیگر قرار دارند. این توری جایگزین لایه پنجره مرسوم که از جنس قلع ایندیوم (ITO) است، می‌شود.
قسمت کلیدی این فناوری یک توری طلایی نازک است که بعنوان یک لایه پنجره برای این پیل خورشیدی استفاده می‌شود.
این لایه پنجره توری خیلی نزدیک به لایه پایینی این ساختار ساندویچی قرار داده می‌شود. لایه پایینی همان فیلم فلزی استفاده شده در پیل‌های خورشیدی مرسوم است. در بین این دو صفحه فلزی نوار نازکی از ماده نیمه‌رسانای استفاده‌شده در پنل‌های خورشیدی قرار داده می‌شود.
در این پیل خورشیدی، قطر حفره‌ها در تور فلزی، فاصله بین حفره‌ها و ضخامت ساختار ساندویچی، همه کوچکتر از طول موج نور ورودی هستند. این ویژگی اهمیت زیادی دارد، زیرا نور در ساختارهای زیر طول موج بسیار غیرمعمول عمل می‌کند. این محققان نشان دادند که با این ساختارهای زیر طول موج می‌توان ۹۶ درصد نور ورودی را جذب کرد که فقط ۴ درصد آن منعکس می‌شود. چو می‌گوید که بسته به نوع جمع‌کننده خورشیدی، این فناوری می‌تواند کاربردهای متنوعی داشته باشد. در این مجموعه آزمایش‌ها، چو و همکارانش پیل‌های خورشیدی از پلاستیک ساختند که به پیل‌های خورشیدی آلی معروف هستند. پلاستیک ارزان و انعطاف‌پذیر است و این بسیار نویدبخش است، اما راندمان این پیل‌های خورشیدی کم است.
این فیلم فلزی نانوساختار جدید علاوه بر افزایش مستقیم راندمان پیل، جایگزین الکترود ITO کنونی نیز می‌شود که گران‌ترین قسمت رایجترین پیل‌های خورشیدی آلی است.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Optics Express منتشر کرده‌اند.
