نانوپایه‌ها و افزایش راندمان پیل‌های خورشیدی
ساعت ٤:٥٠ ‎ب.ظ روز چهارشنبه ٢٦ امرداد ۱۳٩٠ : توسط : حسین
پارتیک لو و همکارانش در موسسه A*STAR توانسته‌اند که روشی برای افزایش راندمان تبدیل توان فیلم‌های نازک سیلیکونی ترسیب شده روی بسترهای ارزان پیدا کنند. آنها برای این کار از نانوپایه‌های سیلیکونی استفاده کرده‌اند.

یکی از چالش‌های اصلی در جهان امروز بحران انرژی است. تقاضای بالا و منابع کم سوخت‌های فسیلی باعث افزایش قیمت‌های نفت خام و مواد غذایی شده است. پیل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون یکی از نویدبخش‌ترین فناوری برای تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر هستند. با استفاده از این افزاره‌ها می‌توان با تبدیل فقط کسری از نور خورشید که در روز به زمین می‌تابد، به الکتریسیته وابستگی به سوخت‌های فسیلی را به شدت کاهش داد. با این حال متاسفانه بلورهای سیلیکونی مرغوب نیاز به فرآیند ساخت بسیار دقیق دارند و این منجر به هزینه بالای تولید می‌شود که یکی از موانع اصلی تجاری‌سازی این پیل‌های خورشیدی است.
شمایی از پیل خورشیدی فیلم نازک طراحی شده – نانوپایه سیلیکونیِ پیشنهاد شده.

یکی از راه‌های کاهش هزینه تولید این پیل های خورشیدی ترسیب لایه‌هایی از سیلیکون روی بسترهای ارزان نظیر پلاستیک و شیشه است. با این حال، این روش یک عیب دارد: فیلم‌های نازک سیلیکونی در مقایسه با بلورهای سیلیکون توده‌ای راندمان‌های تبدیل توان کمتری دارند. اکنون محققان A*STAR توانسته‌اند با کمک نانوپایه‌های سیلیکونی بر این مشکل غلبه کنند.

فیلم‌های نازک سیلیکون با مرغوبیت کم دارای یک مشکل ذاتی هستند: آنها نمی‌توانند فوتون‌هایی که طول‌موج‌شان بزرگ‌تر از ضخامت فیلم‌شان است، را جذب کنند. برای مثال، یک فیلم نازک استاندارد به ضخامت 800 نانومتر ممکن است نور آبی طول‌موج - کوتاه را جذب کند، اما نور قرمز طول‌موج – بلندتر را بطور کامل از دست خواهد داد. لو می‌گوید که برای پایین نگه‌داشتن هزینه مواد و افزایش راندمان جذب نور، لازم است که فوتون‌های بیشتری شامل نورهایی با طول‌موج‌های متوسط، بدام انداخته شوند.

یکی از راه‌های بدام انداختن فوتون‌های بیشتر در فیلم نازک سیلیکونی، ایجاد نانوپایه‌های سیلیکونی در سطح سیلیکون است (شکل را ببینید). لو توضیح می‌دهد که این نانوپایه‌های سیلیکونی شبیه جنگلی از درخت‌ها هستند که در آن نور وارد می‌شود و نمی‌تواند به آسانی خارج شود. او اضافه می‌کند که موقعی که نور به این سطح برخورد می‌کند، قبل از اینکه به کف سطح هموار نفوذ کند، چندین بار در امتداد یا داخل این نانوپایه‌ها جست و خیز می‌کند. هر جست و خیزی که اتفاق می‌افتد، احتمال جذب فوتون‌ها افزایش می‌یابد.

جزئیات نتایج این تحقیق در مجله‌ی IEEE Electron Device Letters منتشر شده است.


منبع: ستاد توسعه فناوری نانو و انجمن فیزیکدانان ایران