محققان دانشکده فیزیک و مهندسی ITMO خمیری از دی اکسید تیتانیوم و نانوذرات سیلیکون ساخته‌اند که جریان نوری در سلول‌های خورشیدی پروسکایت را افزایش داده و کارایی آن‌ها را به حداکثر می‌رساند. نتایج این کار در قالب مقاله‌ای در Nano Energy منتشر شده است.
خمیر نانویی برای بهبود کارایی پنل‌های خورشیدی
بازده سلول‌های خورشیدی هالید پروسکایت بیش از ۲۵ درصد است، که به همراه هزینه کم، آن‌ها را به یکی از امیدوارکننده‌ترین دستگاه‌های فتوولتائیک مدرن تبدیل می‌کند. یکی از دو راهبرد را می‌توان برای افزایش بیشتر کارآیی این سلول‌ها استفاده کرد: بهبود فرآیند جمع‌آوری بار یا افزایش جذب نور توسط لایه تولیدکننده بار.
راهبرد اول به معنای نیاز به وارد کردن مواد یا ساختارهای دوبعدی به پروسکایت‌ها است که باعث گران شدن محصول نهایی می‌شود.
محققان دانشگاه ITMO با استفاده از نانوذرات سیلیکونی این مشکل را حل کردند. آن‌ها از روش‌های شیمی کلوئیدی برای ایجاد خمیر نانوذرات بر پایه سیلیکون به‌منظور کنترل دقیق پراکندگی نور در داخل سلول خورشیدی پروسکایت استفاده کردند. این راه حل باعث افزایش تولید جریان در ساختار پروسکیت و دستیابی به حداکثر کارایی سلول‌های خورشیدی براساس ساده‌ترین ترکیب پروسکایت می‌شود.
الکساندار فوراسوا از محققان این پروژه می‌گوید: «ما خمیر تیتانیوم را که برای جمع‌آوری انتخابی الکترون‌ها در سلول‌های پروسکایت مورد نیاز است، بهبود دادیم. در فرآیند تولید سلول‌های خورشیدی، نانوذرات به غلظت مناسب به خمیر انتقال الکترون اضافه می‌کنیم. به این ترتیب، فرآیند آماده‌سازی پیچیده‌تر نمی‌شود. ما همچنین تأثیر موقعیت مکانی نانوذرات بر جهت انتشار نور را تجزیه و تحلیل کرده و غلظت آن‌ها را در خمیر تغییر دادیم، به طوری که تمام نور بر پروسکیت متمرکز شده است. این کار به‌طور مستقیم بر کارایی تبدیل نور به برق و همچنین تمام عوامل اصلی فتوولتائیک تأثیر می‌گذارد. با استفاده از محاسبات، غلظت نانوذرات بهینه را شناسایی کردیم و خمیری ایده‌آل برای ایجاد لایه انتقال الکترون ایجاد کردیم که به ما در رسیدن به حداکثر کارایی برای این نوع سلول‌های خورشیدی کمک کرد.»
به گفته محققان، بهینه‌سازی مکان نانوذرات سیلیکون در دستگاه‌ها مهم بود. به‌منظور انجام این کار، آن‌ها محاسبات عددی ارائه کردند که ویژگی‌های الکتروفیزیکی و نوری تمام لایه‌ها و نانوذرات را در هنگام تابش در نظر گرفت. این محاسبات به آن‌ها اجازه داد تا تعیین کنند که چگونه اندازه و فاصله بین نانوذرات تشدیدکننده بر خواص نوری و الکتروفیزیکی کل ساختار تأثیر می‌گذارد.
روش پیشنهادی ساده، در دسترس، قابل استفاده جهانی است و هزینه تولید سلول‌های خورشیدی را افزایش نمی‌دهد.
