افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی با تغییرات نانوساختاری

 به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد ویژه فناوری نانو، با توجه به اهمیت استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی پاک، تحقیق و مطالعه در خصوص ساخت سلول‌های خورشیدی و تجاری سازی آن‌ها رو به افزایش است. از مشکلات موجود در زمینه‌ تولید انبوه سلول‌های خورشیدی، بازدهی پایین و هزینه‌ بالای آن‌هاست.

مهسا جلالی، یکی از محققان این طرح با اشاره به اینکه به کمک روش‌های جدید تولید و ایجاد تغییراتی در ساختار سلول‌های خورشیدی می‌توان بر این مشکلات غلبه کرد، عنوان کرد: هدف از انجام این کار تحقیقاتی، طراحی و تولید سلول خورشیدی نانوساختار با بازدهی بالا از طریق مهندسی کردن لایه‌های تشکیل دهنده‌ی این سلول‌ها بوده است.

به گفته‌ی این محقق، یکی از راه‌های نوین در ساخت سلول‌های خورشیدی نانوساختار، طراحی و ساخت سلول خورشیدی به صورت دو لایه، یعنی اضافه کردن یک لایه‌ پراکنده کننده‌ نور علاوه بر لایه‌ اولیه‌ حاوی نانوذرات اکسیدتیتانیوم است.

جلالی ادامه داد: در این طرح نیز از طریق تغییر نانوساختار اکسیدتیتانیوم به کار رفته در لایه‌ پراکنده کننده، سطح مؤثر این لایه افزایش یافته است؛ بنابراین میزان جذب رنگ و نور در این سلول‌ها و در نتیجه راندمان کلی آن‌ها افزایش یافت.

وی در ادامه به توضیح اثرگذاری تغییر در ساختار لایه‌ پراکنده کننده نور پرداخت و عنوان کرد: لایه‌ پراکنده کننده که اغلب دارای ساختار یک بعدی همچون نانومیله‌ها و نانولوله‌هاست، منجر به پراکنده شدن و در نتیجه افزایش طول مسیر نور ورودی می شود، اما نقطه ضعف این طراحی جدید (ساختن سلول خورشیدی به صورت دولایه) کاهش سطح مؤثر و جذب رنگ و در نتیجه کاهش راندمان سلول خورشیدی است.

جلالی اظهار داشت: این تحقیق ضمن حفظ ساختار یک بعدی، با ایجاد سطوح ترک شکل کنترل شده بر روی سطح نانومیله‌ها، سطح مؤثر و در نتیجه میزان جذب رنگ و راندمان سلول خورشیدی افزایش یافته است.بدین ترتیب ضمن حفظ مزیت اصلی نانومیله‌ اکسید تیتانیوم در لایه‌ پراکنده کننده‌ نور، بر مشکل آن‌ها که کاهش سطح مؤثر است، غلبه شده است.

به گفته وی، نتایج این طرح در صنایع تولید برق با استفاده از فناوری خورشیدی نانوساختار و همچنین در صنایع وابسته به تولید انرژی پاک قابل کاربرد خواهد بود.

جلالی در خصوص نحوه‌ ساخت و بررسی این سلول‌ها عنوان کرد: هدف از انجام این کار تحقیقاتی ساخت سلول خورشیدی نانوساختار حساس شده با رنگ با راندمان بالا بوده است که بدین منظور با استفاده از روش هیدروترمال، نانومیله‌های دارای سطوح ترک شکل، که بسیار شبیه ذغال در حال سوختن هستند، تولید گردید. در واقع استفاده از غلظت مناسبی از اتیلن گلیکول، دما، زمان و تعداد دفعات بهینه در فرآیند هیدروترمال مانع رشد کامل کریستال شده و سطوح شبیه ترکی را بر روی سطح نانومیله ایجاد کرد.

وی ادامه داد: این نانومیله‌ها در مقایسه با نانومیله‌های معمولی سطح مؤثر و خاصیت پراکنده‌کنندگی نور بسیار بالاتری داشته و در نتیجه سبب افزایش قابل توجه راندمان سلول خورشیدی می شوند.

نتایج این مطالعات نشان داده‌ که با استفاده از این فرایند و ایجاد عیوب ترک شکل بر روی نانو میله‌های موجود در لایه پراکنده‌کننده‌ نور، سطح مؤثر و در نتیجه میزان جذب رنگ به مقدار ۲۰ درصد و بازده سلول خورشیدی به میزان ۱۰ درصد افزایش می‌یابد.

این تحقیقات حاصل همکاری دکتر خطیب الاسلام صدر نژاد،  عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شریف،  دکتر نسترن ریاحی نوری، مدیر گروه مواد غیرفلزی پژوهشگاه نیرو، مهسا جلالی، دانش‌آموخته رشته مهندسی مواد، و روزبه سیاوش موخر، دانشجوی دکترای مهندسی مواد دانشگاه صنعتی شریف و محققان سنگاپوری است. نتایج این کار در مجله‌ Journal of Applied Electrochemistry (جلد ۴۵، شماره ۸، سال ۲۰۱۵، صفحات ۸۳۱ تا ۸۳۸) منتشرشده است.