دانشمندان ایرانی و بازده سلولهای خورشیدی

به گزارش بولتن به نقل از مهر، محققان ایرانی در پژوهشی که مورد حمایت تشویقی مقالات ISI ستاد توسعه فناوری نانو قرار گرفته، به افزایش بازده سلول‌های خورشیدی به کمک نانولوله‌های کربنی دست پیدا کردند.

در این مطالعه که جزو حمایت های تشویقی ستاد فناوری نانو، معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری قرار گرفته است، دو نوع سلول خورشیدی مختلف مورد مقایسه قرار گرفته و میزان بازدهی آن‌ها اندازه‌گیری شده است. نتایج این طرح در صنعت برق و انرژی و بطور خاص بحث انرژی‌های تجدیدپذیر قابل کاربرد خواهد بود.

سلول‌های خورشیدی حساس شونده به رنگدانه و نقاط کوانتومی، دو گونه از فناوری‌های مورد استفاده در تامین نیاز بشر به انرژی است. در سلول‌های خورشیدی حساس شونده به رنگدانه، بازه جذب محدود بوده و ضریب جذب رنگدانه و طول عمر حامل‌ها پایین است. بنابراین به نظر می رسد که روند افزایش بازدهی در این سلول‌ها به اشباع رسیده است. برای حل این معضل، سلول‌های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی با محدوده‌ی جذب قابل تنظیم و ضریب جذب بالا مطرح شده‌اند. حال آن‌که طول عمر کم حامل‌ها در این نوع سلول‌ها نیز مشکلات زیادی به همراه دارد.

دکتر محمدرضا گل و بستان فرد، در خصوص تحقیقات صورت گرفته گفت:

هدف این طرح بهبود انتقال الکترون در سلول‌های خورشیدی به منظور افزایش بازدهی آن بوده است. بدین منظور نانولوله‌های کربنی با قطرهای مختلف در دو نوع سلول خورشیدی نانو ساختار حساس شونده با رنگدانه و نقاط کوانتومی وارد شده و عملکرد این دو نوع سلول مورد بررسی قرار گرفته است.

وی افزود:

این طرح منجر به مشخص‌تر شدن عملکرد این دو نوع سلول و بارزتر شدن تفاوت‌های آن‌ها شده است. بر اساس نتایج مشخص شده که افزودن نانولوله‌های کربنی در هر دو نوع سلول، افزایش بازدهی را در پی دارد. با این حال بهبود بازدهی در سلول‌های خورشیدی حساس شونده با نقاط کوانتومی بسیار چشمگیرتر است.

این پژوهشگر در ادامه به تفاوت دو نوع سلول خورشیدی بررسی شده اشاره کرد و گفت: «ساختار سلول‌های خورشیدی حساس شونده با رنگدانه و نقاط کوانتومی به ظاهر بسیار شبیه یکدیگر هستند، اما در واقع شرایط عملکرد کاملا متفاوتی دارند.»

وی توضیح داد که با اینکه سلول‌های خورشیدی بر پایه‌ی رنگدانه، بازدهی بیشتری از سلول‌های خورشیدی بر پایه‌ی نقاط کوانتومی دارند، اما با افزودن نانولوله‌های کربنی بیش از ۴۰ درصد بهبود بازدهی در سلول‌های نقاط کوانتومی دیده شد. حال آن‌که این افزایش بازدهی در سلول‌های رنگدانه تنها ۸ درصد بود.

به گفته گل و بستان فرد، دلیل این بهبود چشمگیر بازدهی در سلول‌های نقاط کوانتمی عمدتا به واسطه‌ی افزایش طول عمر و طول نفوذ حاملین بار با افزودن نانولوله‌های کربنی در فوتوآنُد عنوان شده است.

وی گفت:

در روند این تحقیقات پس از تهیه سل تیتانیای مورد نظر جهت لایه نشانی لایه‌متخلخل، نانو لوله‌های کربنی به آن اضافه و لایه نشانی صورت گرفت. در این مرحله فوتوآند متخلخل سلسله مراتبی کامپوزیتی ایجاد شد. سپس بسته به نوع سلول، فوتوآند توسط رنگدانه یا نقاط کوانتومی کادمیم سلناید (از پیش سنتز شده توسط روش سولوترمال) حساس سازی شده و با افزودن کاتد و الکترولیت مورد نظر هر سلول، فرآیند ساخت تکمیل شد. بررسی‌های صورت گرفته بر روی نمونه‌ها شامل پراش پرتو X، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، میکروسکوپ عبوری وضوح بالا، میکروسکوپ نیروی اتمی، طیف سنجی رامان و FTIR، طیف سنجی بازتاب نفوذی، اندازه گیری سطح ویژه، مشخصه یابی جریان - ولتاژ، IPCE و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بوده است.

دکتر محمدرضا گل و بستان فرد و دکتر حسین عبدی زاده (عضو هیات علمی دانشگاه تهران) در انجام این پژوهش همکاری داشته‌اند که نتایج آن در مجله‌ی Ceramics International منتشر شده است.