محققان با ارائه یک فناوری جدید موفق به افزایش قابل توجهی در کارایی سلول‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی شدند.
راهبردی که کارایی سلول‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی را افزایش می‌دهد
فناوری جدیدی توسط محققان ارائه شده که می‌تواند کارایی سلول‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی را به ۱۱٫۵۳ درصد افزایش دهد. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Advanced Energy Materials در شماره فوریه ۲۰۲۰ به چاپ رسیده است.
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور سونگ یون جانگ در دانشکده انرژی و مهندسی شیمی UNIST، دستگاهی فتوولتائیک ساختند که در آن با استفاده از پلیمرهای آلی، عملکرد سلول‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی به مقدار بیشینه خود رسیده است.
در سلول‌های خورشیدی الکترون‌ها و حفره‌ها در لایه جاذب ایجاد می‌شوند. سپس این الکترون‌ها و حفره‌های آزاد درون سلول خورشیدی حرکت می‌کنند. این حرکت الکترون‌ها و حفره‌هاست که برق تولید می‌کند. بنابراین، ایجاد جفت الکترون-حفره چندگانه و انتقال آنها از موارد مهم در طراحی سلول‌های خورشیدی کارآمد است.
این تیم تحقیقاتی یک طرف سلول‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی را به مواد انتقال دهنده حفره‌های آلی (HTM) تبدیل کردند تا حفره‌ها بهتر استخراج و منتقل شوند. دلیل این امر آن است که این پلیمر آلی نه‌تنها از توانایی عالی در استخراج حفره‌ها برخوردار است، بلکه از ترکیب مجدد الکترون و حفره، که مانع از انتقال کارآمد حفره‌ها به آند می‌شود، جلوگیری می‌کند.
معمولا در سلول‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی، نقاط کوانتومی غنی از الکترون (CQDهای نوع n) و نقاط کوانتومی غنی از حفره (QDهای نوع p) با هم ترکیب می‌شوند. در این پروژه، محققان پلیمری (π CP) تولید کردند که می‌تواند عملکردی بالاتر از مواد پلیمری موجود داشته باشد. مهندسی مولکولی π ‐ CPها ویژگی‌های نوری الکترونیکی سلول خورشیدی را تغییر داده و تولید و جمع‌آوری بار در سلول‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی کلوئیدی (CQDSC) را به‌طور چشمگیری بهبود می‌دهد.
این تیم تحقیقاتی موفق به دستیابی به بازده تبدیل نیرو (PCE) 11.53 درصد شده‌است. این بالاترین PCE گزارش شده در میان CQDSCs با استفاده از HTMهای آلی است.
پروفسور جانگ می‌گوید: «این پروژه مشکل حمل حفره را حل می‌کند، که مانع اصلی ایجاد جریان الکتریکی در سلول‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی بوده است. این کار نشان می‌دهد که مهندسی مولکولی آلی π ‐ CP یک راهبرد کارآمد برای بهبود هم‌زمان PCE و قابلیت پردازش CQDSC است.»
