پژوهشگران با تولید نانوساختار هسته-پوسته از جنس CdSe/CdS موفق به بهبود کارایی پیل‌های خورشیدی شدند.
پیل‌های خورشیدی کارآمد با نانوساختارهای هسته-پوسته
پژوهشگران آزمایشگاه ملی لوس‌آلموس نقاطی کوانتومی ساختند که میتواند رؤیای ساخت پنجره‌های مبدل انرژی خورشیدی را تحقق بخشد. در این پژوهش که با همکاری دانشگاه میلانو بیکوکای ایتالیا انجام شد، محققان نشان دادند که خواص نشر نور نقاط کوانتومی میتواند برای تولید پیل‌های خورشیدی مفید باشد. چنین پیل‌هایی دارای کارایی تبدیل انرژی بالاتری نسبت به پیل‌های رایج هستند.
ویکتور کلیموف از مرکز فتوفیزیک خورشیدی پیشرفته (CASP) می‌گوید: «کلید اصلی این پژوهش، استفاده از نقاط کوانتومی سنتز شده‌ای است که روی یک سطح قرار گرفته‌اند و قادر به تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته هستند.
نقاط کوانتومی بیت‌های نیمه‌هادی هستند که می‌توانند با دقت اتمی سنتز شوند، این دسته از ترکیبات با روش‌های شیمی تر سنتز می‌شوند. نشر رنگ میتواند با تغییر ابعاد نقاط کوانتومی تغییر کند. از سوی دیگر نشر نور در این ترکیبات تقریبا صد درصد است. این ویژگی‌ها موجب شده‌اند تا نقاط کوانتومی به‌عنوان زیربنای یک فناوری جدید مثلاً نمایشگرهای نقاط کوانتومی انتخاب شود. اخیراً نیز نسل جدید کتاب‌خوان‌های الکترونیکی کیندل با این فناوری ساخته شده‌اند.
تغلیظ کننده‌ی خورشیدی لومینسانس (LSC) یک دستگاه مدیریت فوتون است که در تولید آن از مواد شفاف حاوی نشرکننده‌های با کارایی بالا نظیر نقاط کوانتومی و مولکول‌های رنگی استفاده شده‌است. نور خورشید در این ترکیبات جذب شده و با طول موج‌های بالاتر بازنشر پیدا می‌کند. بنابراین برای ساخت پیل‌های خورشیدی می‌توان از آن استفاده کرد.
کلیموف می‌گوید: « LSC به‌عنوان یک آنتن نوری میتواند تابش نور خورشیدی را روی یک سطح بسیار کوچک متمرکز کند. با این کار توان خروجی پیل افزایش می‌یابد».
برولی می‌گوید: «LSC ماده‌ی بسیار جالبی است زیرا میتواند کارایی پیل‌های خورشیدی را افزایش دهد و از سوی دیگر مفهوم جدیدی در پیل‌های فتوولتائیک ایجاد کند».
از آنجایی که کارایی نقاط کوانتومی بالاست و نشر آن‌ها قابل کنترل است، بنابراین مواد جالبی برای تولید LSCهای بزرگ و ارزان‌قیمت هستند. اولین چالش، همپوشانی میان باند جذب و نشر در این نقاط است که منجر به از دست رفتن بخشی از نور می‌شود.
محققان برای حل این مشکل، LSC مبتنی بر نقاط کوانتومی ساختند که باند جذب و نشر آن از هم فاصله دارد. محققان ساختاری هسته‌ای ـ پوسته‌ای CdSe/CdS تولید کردند که پوسته‌ی بیرونی CdS نور را جذب می‌کند و نشر در ساختار پوسته CdSe انجام می‌شود.
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای با عنوان Large-area luminescent solar concentrators based on ‘Stokes-shift-engineered’ nanocrystals in a mass-polymerized PMMA matrix,” در نشریه‌ی Nature Photonics به چاپ رسیده است.
