گروهی از محققان دانشگاه استنفورد دریافته‌اند که افزودن یک لایه منفرد از
مولکول‌های آلی به یک پیل خورشیدی می‌تواند بهره تبدیل آن را تا سه برابر افزایش
داده و منجر به تولید صفحات خورشیدی ارزان‌تر و کاراتر شود.
استیسی بنت، استاد مهندسی شیمی این دانشگاه دو سال پیش به نوع خاصی از فناوری
خورشیدی علاقه‌مند شد. این پیل‌های خورشیدی از نوعی نانوذره نیمه‌رسانا به نام نقاط
کوانتومی بهره می برند. پیل‌های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی هزینه تولید پایینی
دارند، اما کارایی آنها پایین‌تر از پیل‌های معمولی است. اگر کارایی این پیل‌ها
به‌نحوی افزایش یابد، به‌دلیل هزینه پایین به راحتی به تولید انبوه می رسند.
بنت می‌گوید در تئوری به دلیل محدودیت بنیادی که در پیل های خورشیدی معمولی وجود
دارد، پیل‌های ساخته شده از نقاط کوانتومی می‌توانند به بهره‌های بسیار بالاتری
برسند.
در پیل‌های خورشیدی انرژی خورشید موجب تهییج الکترون‌ها شده، الکترون‌های تهییج شده
به سطح انرژی بالاتری جهش کرده و در جای قبلی خود یک حفره باقی می‌گذارند. در این
پیل‌ها از یک ماده نیمه‌رسانا برای کشیدن الکترون‌ها به یک سمت و از یک ماده دیگر
برای کشیدن حفره‌ها به سمتی دیگر استفاده می‌شود. جریان الکترون‌ها و حفره‌ها در دو
جهت مختلف موجب ایجاد جریان الکتریکی می‌شود.
اما برای جدایی کامل الکترون از حفره مقدار انرژی خاصی مورد نیاز است. این انرژی
خاص به ماده مورد استفاده بستگی داشته و تعیین‌کننده طول موج نوری است که ماده
می‌تواند به بهترین وجه جذب کند. به‌طور معمول از سیلیکون برای ساختن پیل های
خورشیدی استفاده می‌شود، زیرا انرژی مورد نیاز برای تهییج الکترون های سیلیکون
تقریباً معادل انرژی است که می‌تواند توسط نور مرئی تأمین شود.
اما بیشینه بهره تبدیل پیل‌های خورشیدی که از یک ماده ساخته می‌شوند، حدود ۳۱ درصد
است، زیرا تنها طول موج‌های خاصی را می‌توانند جذب کنند. پیل‌های خورشیدی مبتنی بر
نقاط کوانتومی این محدودیت را ندارند. زیرا طول موج جذبی آنها به اندازه ذرات بستگی
دارد و می‌توان به راحتی با تغییر اندازه ذرات این نقاط، طول موج جذب شده توسط آنها
را تغییر داد.
به‌دلیل این مزایا گروه بنت روی پیل‌های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی متمرکز
شدند. آنها یک نیمه‌رسانای دی‌اکسیدتیتانیومی را در پیل خورشیدی خود با یک لایه
منفرد از مولکول‌های آلی پوشاندند (به روش خودآرایی). جنس این روکش اهمیت زیادی
ندارد، مهم این است که یک لایه منفرد با ضخامت کمتر از ۱ نانومتر از این مولکول‌های
آلی ایجاد شود.
تئوری بنت این است که این لایه مولکولی از ترکیب مجدد الکترون‌ها و حفره‌ها جلوگیری
کرده و با این کار می‌تواند کارایی پیل خورشیدی را تا سه برابر افزایش می‌دهد. هنوز
تا رسیدن به این عدد کار زیادی باید انجام شود.
جزئیات این کار در همایش سالانه انجمن پیشرفت‌های علمی آمریکا در واشینگتن ارائه
شده است.
|
