تولید لایه‌ای جدید با عملکرد بالا برای پیل‌های خورشیدی

[سمندون 19437]

پژوهشگران دانشگاه تورنتو طراحی جدیدی برای ساخت پیل‌های خورشیدی ارائه کردند که می‌تواند منجر به ساخت ادوات فتوولتائیک با کارایی بالا شود. در این پیل‌ها از از لایه‌هایی مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی استفاده شده است.

به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از نانو، پیل‌های خورشیدی دو اتصالی نسبت به همتایان تک اتصالی خود از کارایی بالاتری برخوردار هستند این پیل‌ها کارایی تبدیل انرژی 42 درصدی دارند در حالی که پیل‌ها تک اتصالی کارایی در حدود 30 درصد دارند. همان‌طور که از اسم‌ این پیل‌ها پیداست، آنها دو بخش برای جذب نور دارند که هر بخش طول موج خاصی را جذب می‌کند. برای مثال در جلوی این پیل‌ها بخشی وجود دارد که از موادی با باندگپ بزرگ ساخته شده است این بخش فوتون‌هایی با انرژی بالا را جذب می‌کند این در حالی است که فوتون‌هایی با انرژی کمتر توسط بخش پشتی جمع می‌شود که دارای باند گپ بزرگ است.

 

اجزاء اصلی در این پیل‌ها، لایه‌هایی شفاف هستند که بین دو اتصال به‌صورت ساندویچی قرار می‌گیرند. این لایه‌ها موجب می شود تا الکترون‌ها و حفره‌های تشکیل شده در دو سوی اتصال به‌هم ترکیب شوند. در پیل‌های چند اتصالی رایج از تونل برای این کار استفاده می‌شود، در این پیل‌ها مواد تقویت شده با نیمه‌هادی‌های نوع N و p با ضخامت چند نانومتر وجود دارند که در آنها باند ظرفیت در سمت p از نظر انرژی با سمت N تراز می‌شود. محل تماس این دو بخش به‌قدری ضخامت دارد که حمل کننده‌های بار بتوانند از آن تونل بزنند. در پیل‌های فتوولتائیک آلی، الکترون‌ها و حفره‌ها در نانوذرات فلزی با هم ترکیب می‌شوند این نانوذرات میان لایه حمل کننده الکترون و لایه حمل کننده حفره قرار دارند.

 

گروه تحقیقاتی تد سرجنت این روش مرسوم را کنار گذاشته و از لایه‌هایی مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی استفاده کردند. این لایه‌ها با استفاده از اثر اندازه کوانتومی دارای باندگپ‌هایی است که طیف وسیعی از امواج الکترومغناطیس را پوشش می‌دهد. محققان این لایه را لایه ترکیبی مدرج نامگزاری کردند.

 

این تیم تحقیقاتی طراحی جدیدی برای ساخت این لایه‌ها ارائه کردند که کمترین هدر رفتن انرژی را در پی دارد. در این لایه‌ها از مواد رسانای شفافی از جنس اکسیدهای نوع N نظیر TiO₂, ZnO, AZO و ITO استفاده کردند که در سدهای انرژی مختلف و وسیعی از یک تا یک و شش‌دهم الکترون ولت کار می‌کند.

 

این گروه تحقیقاتی به‌دنبال راه‌های ساده‌تری برای تولید این لایه‌ها است. نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.