انتقال الکترون در پیل‌های خورشیدی مبتنی بر رنگ

[pesare baba 2250]

دانشمندان اروپایی روی جریان الکترون در سیستم‌ رنگ‌های حساس به نور آلی و مواد مبتنی بر تیتانیوم مطالعه می‌کنند. نتایج این تحقیقات به‌صورت ویژه به افزایش کارایی پیل‌های خورشیدی ارزان‌قیمت خواهد انجامید، همچنین نتایج این پروژه دارای پتانسیل کاربردی در حوزه‌های مختلف از فناوری نانو گرفته تا علوم انرژی پاک است.

 

پیل‌های خورشیدی حساس شده با رنگ، مبتنی بر رسوب یک لایه نازک از رنگ‌های حساس به نور روی بستری رسانا نظیر نانوذرات اکسید تیتانیوم متخلخل هستند. هرچند که پیل‌های خورشیدی حساس شده با رنگ به‌عنوان جایگزینی ارزان‌قیمت به‌جای پیل‌های خورشیدی رایج ( اتصال p- N هستند اما مسئله کارایی آنها به‌عنوان یک مانع بزرگ در این مسیر شناخته شده‌ می‌شود.

 

محققان اروپایی در قالب پروژه نانوسل که توسط اتحادیه اروپا حمایت شده، به‌دنبال آنالیز رفتار نوری سه نوع رنگ آلی عاری از فلز هستند. این گروه تحقیقاتی به‌صورت ویژه روی رنگ‌های موجود در فاز محلول و همچنین 9 مورفولوژی مختلف از مواد نانوحفره‌ای تقویت شده با تیتانیوم ( با قطر حفرات 2 تا 50 نانومتر) در حضور و عدم حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم مطالعه کردند.

 

نتایج تحقیقات روی رنگ‌های موجود در فاز محلول نشان داد که حالت کمپلکس انتقال بار ( توزیع بار روی مولکول در محل تماس گیرنده و دهنده) نقش مهمی در عملکرد سیستم دارد همچنین رفتارنوری رنگ و نقش حلال در کارایی این رنگ‌ها بسیار موثر است.

 

تحقیقات بیشتر روی رنگ‌ها در حضور نانوذرات دی اکسید تیتانیوم نشان داد که دینامیک الکترون در مقیاس فمتوثانیه اطلاعات خوبی درباره چگونگی جداسازی کاراتر بارها و عملکرد پیل‌های خورشیدی ارائه می‌کند. نانولوله‌های تیتانیوم با ساختار یک بعدی مورد مطالعه قرار گرفتند و عملکردشان با نانوذرات دی اکسید تیتانیوم مقایسه شد. نتایج نشان داد که دینامیک الکترونی در این نانولوله‌ها بسیار شبیه نانوذرات است.

 

در نهایت، الک‌های حفره‌دار سیلیکا که با تیتانیوم تقویت شده، که نوع دیگری از مواد تک بعدی محسوب می‌شود، مورد بررسی قرار گرفت. هرچند که دینامیک الکترونی در این مواد نیز وجود دارد اما کارایی پیل‌های خورشیدی حاصل از آن بسیار کم است زیرا رنگ‌های موجود در آن کارایی اندکی داشته و انتقال الکترون در آنها محدود است.

 

پژوهشگران نانوسل برهم‌کنش مواد مبتنی بر تیتانیوم با دسته جدید از رنگ‌های آلی را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج کار آنها می‌تواند در طراحی پیل‌های خورشیدی جدید کمک شایانی کند. چنین تحقیقاتی می‌تواند هزینه تولید پیل‌ها را کاهش داده و از وابستگی به سوخت‌های فسیلی بکاهد.