ابداع نانو ماده ساندویچی

دانشمندان نانوماده ساندویچ‌مانندی را ابداع کرده‌اند که می‌تواند کارآیی سلول‌های خورشیدی را تا 175 درصد افزایش دهد.

به گزارش سرویس فناوری خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، یکی از دلایل اصلی عدم کارآیی سلول‌های خورشیدی کنونی در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته این است که نور خورشید از سطح سلول منعکس می‌شود یا این که به طور کامل توسط آن جذب نمی‌شود.

دانشمندان دانشگاه پرینستون مدعی‌اند با ابداع یک نانوماده جدید این مشکل را حل کرده‌اند.

گفته می‌شود ابداع آن‌ها با به حداقل رساندن انعکاس و افزایش جذب نور خورشید، کارآیی سلول‌های خورشیدی ارگانیک را تا 175 درصد افزایش می‌دهد.

ماده جدید "حفره پلاسمونیک دارای چیدمان روزنه زیر طول موج" یا PlaCSH نامیده می‌شود.

این ماده شامل پنج لایه بسیار نازک است. در بخش فوقانی آن "لایه پنجره" قرار دارد که نور خورشید نخست از خلال آن عبور می‌کند. این لایه از شبکه (mesh) فلزی بی‌نهایت کوچک ساخته شده به طوری که قطر و فضابندی روزنه‌های آن در مقیاس نانومتر اندازه‌گیری می‌شود.

لایه بعدی دارای پلاستیک شفاف است و پس از آن یک لایه از جنس ماده نیمه هادی قرار دارد. پس از این لایه نیز یک لایه اکسید تیتانیوم و همچنین یک لایه آلومینیوم در پایین‌ترین بخش قرار دارد.

ضخامت کلی تمامی لایه‌ها فقط 230 نانومتر عنوان شده است. این فاصله به همراه فضابندی و قطر روزنه‌های شبکه کوتاه‌تر از طول موج خود نور خورشید است.

به ادعای "چو" رهبر ارشد تیم تحقیقاتی، در واقع این مشخصه است که امکان انعکاس فقط چهار درصد نور خورشید و همچنین جذب تا 96 درصد باقی‌مانده را فراهم می‌کند.

به هنگام تبدیل نور خورشید مستقیم به الکتریسیته این عدد به یک افزایش 52 درصدی در کارآیی در مقایسه با سلول‌های خورشیدی ارگانیک می‌رسد.

همچنین سیستم جدید در گرفتن نور خورشید در زوایای شیب‌دار برتر از سیستم‌های دیگر عمل می‌کند و در این حالت کارآیی آن تا 81 درصد افزایش می‌یابد.

از لحاظ کارآیی کلی این عدد به هنگام ترکیب با سایر مولفه‌ها به 175 درصد افزایش می‌رسد.

شایان ذکر است سیستم PlaCSH می‌تواند به طور مقرون به صرفه‌یی در ورقه‌های بزرگ تولید شود.

افزون بر ارائه کارآیی بالاتر، این ماده می‌تواند جایگزین الکترودهای ایندیوم-تین-اکسید (ITO) هزینه‌بر در سلول‌های خورشیدی ارگانیک معمولی شود و هزینه‌ها را کاهش دهد.

به این دلیل که PlaCSH انعطاف‌پذیرتر از ITO است، موجب می‌شود که سلول‌ها کمتر شکستنی باشند.

اگرچه تحقیق "چو" در زمینه سلول‌های خورشیدی غیرارگانیک هنوز کامل نیست، خود وی بر این باور است که این ماده امکان کاربردهای بسیار بیشتری را فراهم می‌کند.

همچنین به این دلیل که نانوماده جدید می‌تواند ضخامت نیمه هادی سیلیکون را در سلول‌های خورشیدی تا یک هزار فولد کاهش دهد، موجب ارتجاع‌پذیری و ارزان‌تر شدن آن‌ها می‌شود.

جزئیات این دستاورد علمی در مجله Optics Express انتشار یافت.