افزایش ۵۰ درصد کارایی پیل خورشیدی با کاهش ضخامت لایه فعال

 وقتی صحبت از پیل‌های خورشیدی آلی می‌شود، نام قطعات مبتنی بر پلیمر در ابتدای لیست اجزای سازنده قرار می‌گیرد و در ردیف‌های پایین‌تر مولکول‌های کوچک قرار دارند. درحال حاضر پیل‌های خورشیدی آلی که از ترکیبات پلیمری ساخته می‌شوند کارایی بالاتری نسبت به پیل‌های حاوی مولکول‌های کوچک دارند. با این حال فرآیند ساخت پیل‌های حاوی مولکول‌های کوچک بسیار ساده‌تر از همتایان پلیمری خود است.

پژوهشگران موفق شده‌اند با تنظیم ضخامت لایه فعال در پیل‌های خورشیدی حاوی مولکول‌های کوچک، کارایی آنها را از ۶.۰۲ درصد به ۸.۹۴ درصد برسانند. با توجه به اینکه پیل‌های پلیمری کارایی ۱۰ درصدی دارند، به نظر می‌رسد پیل‌های خورشیدی آلی حاوی مولکول‌های کوچک در حال رقابت‌پذیر شدن با این پیل‌ها هستند.

این پژوهش توسط «آلن هگر» از دانشگاه کالیفرنیا انجام شده و نتایج آن در قالب مقاله‌ای تحت عنوان The efficiency improvement in small-molecule solar cells در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.

به گزارش "برق نیوز" این گروه تحقیقاتی نشان دادند که پیل‌های خورشیدی آلی حاوی مولکول‌های کوچک، دارای مزایایی نسبت به پیل‌های خورشیدی پلیمری آلی هستند: فرآیند سنتز و تولید آنها بسیار ساده است، سرعت حرکت حاملین بار در آنها بالاست، ابعاد ذرات تشکیل دهنده این پیل‌ها بسیار نزدیک بهم است، تکرارپذیری در فرایند تولید این پیل‌ها بهتر از همتایان پلیمری خود است. با این حال رسیدن به کارایی بالا برای این پیل‌ها دشوار است.

اما این گروه تحقیقاتی نشان دادند که تنها با کاهش ضخامت می‌توان کارایی پیل‌ها را تا نزدیک ۵۰ درصد افزایش داد، پژوهشگران این پروژه نشان دادند که هنوز می‌توان بهبود بیشتری در این پیل‌ها انجام داد.

تنظیم ضخامت لایه فعال و افزودن اکسید روی در میان لایه فعال موجب می‌شود تا الکترود فلزی بتواند نور بیشتری را جذب کند. در واقع اکسید روی نقش فضا دهنده نوری را در الکترودها ایفا می‌کند؛ با افزودن این ترکیب، لایه فعال کارایی بالاتری پیدا می‌کند. محققان معتقدند که فضا دهنده نوری با سه روش افزایش کارایی جمع کننده‌های بار، ممانعت از برخورد حفره و الکترون و ایجاد مانع در مسیر حفره‌ها موجب افزایش جذب نور می‌شود.