پیل های خورشیدی

آلیویساتوس مدیر تولید نانوکریستالهای نیمههادی و مدیر مرکز علوم نانویMolecular MEMS است و اغلب صاحبانی با قراردادهای خصوصی که به هیچ شرکت اختصاصی وابستگی ندارد، این امکانات را دارند. این کارگاه‌ها در یک دستگاه و یا فرآیند خاص تبحر دارند. '> Foundry در آزمایشگاه برکلی گفت: "ما نشان دادهایم که نانومیلههای نیمههادی را میتوان برای ساخت پیلهای خورشیدی ترکیبشده با پلیمرها که دارای انرژی کافی و عملکرد آسان هستند بکار برد." کاربرد پیلهای خورشیدی یا فتوولتاییک- قطعاتی که میتوانند نور را جذب و به انرژی الکتریکی تبدیل کنند- به دلیل آنکه هزینه تولید آنها خیلی زیاد است محدود به زمان میباشد. حتی ساخت سادهترین پیل نیمههادی یک فرآیند پیچیده میباشد که باید در شرایط کنترلشده کاملاً دقیق مانند خلاء بالا و دمای بین 400 تا 1400 درجة سلسیوس انجام شود. از زمان کشف پلاستیکهای هادی در سال 1977 (پلیمرهایی که پیوندهای شیمیایی دوگانه را جفت نموده و الکترونها را قادر میسازند تا از میان آنها عبور نمایند) تمایل زیادی به استفاده از این مواد در ساخت پیلهای خورشیدی وجود داشته است. پیلهای خورشیدی پلاستیکی را میتوان به مقدار زیاد و با هزینهای کمتر از یکصدم دلار ساخت هر چند که کارآئی آنها در تبدیل نور به الکتریسیته در مقایسه با پیلهای نیمههادی کمتر است.
یکی از محققین گروه فوق بنام دیتمر گفت: " فواید مواد هیبریدی متشکل از نیمههادیهای غیرآلی و پلیمرهای آلی آنست که شما از بهترین خواص آنها بهره میگیرید." نیمههادیهای غیرآلی خواص الکترونیکی بسیار خوبی از خود نشان میدهند و برای پیلهای خورشیدی بسیار مناسب میباشند. پلیمرها دارای فواید محلولسازی در دمای اتاق میباشند که ارزانتر بوده و اجازه استفاده از زیرلایههای کاملاً منعطف مانند پلاستیکها را میدهند. در وسط تمام قطعات فتوولتاییک، دو لایه جداکننده وجود دارد؛ یکی از این لایهها که دارای الکترونهای زیادی میباشد به عنوان قطب منفی و لایه دیگر با حفرههای الکترونی فراوان (فضاهای خالی انرژی با بار مثبت) به عنوان قطب مثبت عمل میکند. هنگامیکه فوتونها از خورشید و دیگر منابع تولید نور جذب میشوند انرژی آنها به الکترونهای اضافی در قطب منفی منتقل میشود این عمل سبب میشود که آنها به سمت قطب مثبت جریان پیدا کنند و حفرههای جدیدی بوجود آورند که شروع به جریانیافتن به سمت قطب منفی میکنند. جریان الکتریکی حاصل را میتوان جهت تأمین انرژی در قطعات دیگری مانند ماشینحسابهای جیبی بکار برد. در یک نوع پیل خورشیدی نیمههادی، این دو قطب از نیمههادیهای نوع p و نیمههادیهای نوع N ساخته شدهاند. در یک پیل خورشیدی پلاستیکی این دو قطب از پلیمرهای پذیرندة الکترون و پذیرندة حفره ساخته شدهاند. در پیل خورشیدی ترکیبی آلیویساتوس و همکارانش از یک پلیمر نیمهکریستال بنام Poly (3- hexylthiophene) یا P3HTبرای این پذیرندة حفره یا قطب منفی استفاده شده است. نانومیلههای سلنید کادمیوم (CdSe) نیز برای قطب مثبت استفاده شدهاند. 
"های" از اعضای گروه فوق گفت: "ما P3HT را به این دلیل انتخاب نمودیم که میتوان آن را بصورت محلول استفاده نمود. همچنین این ماده بوسیله گروههای تحقیقاتی مختلفی که بر روی ترانزیستورهای پلاستیکی در سراسر دنیا کار میکنند بکار رفته است. بعلاوه، این ماده یک پلیمر پیوندی با بالاترین انتقال حفره است که تا کنون کشف شده است. انتقال حفره (و الکترون) بالاتر بدان معناست که بارها سریعتر انتقال پیدا کرده و اتلاف جریان کاهش پیدا میکند." 
آلیویساتوس در مطالعه اخیر به دنبال تکنیکی برای رشد نانوکریستالهای نیمههادی به درون میلههای دوبعدی است. قبلاً نانوکریستالها به عنوان کرههای یکبعدی رشد یافته بودند. استفاده از نانوکریستالهای میلهایشکل - نسبت به نانوکریستالهای کرویشکل- مسیر مستقیمی برای انتقال الکترون فراهم میآورد که سبب بهبود کارآئی پیل خورشیدی میشود. 
آلیویساتوس گفت: " بوسیله نانومیلههای سلنید کادمیوم که دارای 7 نانومتر قطر و 60 نانومتر طول میباشند، کارآئی پیل خورشیدی ترکیبی ما برای تبدیل نور تکرنگ به 9/6 درصد رسید که یکی از بالاترین کارآئیهایی است که تا کنون برای قطعات فتوولتاییک گزارش شده است. این وسیله توانایی تبدیل نور اتاق (که معمولاً قابل رؤیت است) به الکتریسیته را دارد."
محققین برکلی پیلهای خورشیدی خود را بوسیله انحلال نانومیلهها باP3HT و قالبگیری محلول هیبریدی به درون یک زیرلایه شیشهای آماده نمودند. آنها متوجه شدند که بوسیله ثابتنگهداشتن طول میلهها و تغییر قطر آنها قادر خواهند بود طیف جذبی این پیلها را تنظیم نمایند بطوریکه با طیف نشری خورشید همپوشانی کند. این موضوع نه تنها پیلهای هیبریدی آنها را قادر میسازد که نور بیشتری جذب کنند بلکه مسیری جدید به روی قطعات با کارآئی بالا مانند پیلهای خورشیدی پشت سرهم (tandem) میگشاید.
اگرچه کارآئی پیلهای ترکیبی برکلی در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته وقتی که خورشید با افق زاویه °8/41 میسازد 7/1 درصد بود (این مقدار برای یک پیل خورشیدی نیمههادی بسیار پائین است) اما دیتمر گفت: "فرصتهای زیادی برای بهبود این کارآئی وجود دارد. مهمترین مرحله افزایش مقدار نور خورشیدی جذبشده در طیف قرمز میباشد که این کار را میتوان با دیگر مواد نیمههادی مانند تلوئورید کادمیوم انجام داد. پیل خورشیدی ما ساختار بسیار سادهای دارد بنابراین بررسی علمی آن ساده میباشد. محققین در آینده میتوانند کارآیی این پیلها را افزایش دهند."
محققین برکلی میخواهند به کمک شرکتهای که قبلاً با آنها در ارتباط بودند این فناوری را تجاری نمایند.

/ 0 نظر / 10 بازدید