افزایش بازده سلول‌های خورشیدی با نانولوله‌های کربنی توسط محققان دانشگاهی

به گزارش "برق نيوز" دکتر محمدرضا گل و بستان فرد، محقق طرح اظهار کرد: سلول‌های خورشیدی حساس شونده به رنگدانه و نقاط کوانتومی، دو گونه از فناوری‌های مورد استفاده در تأمین 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. لذا به نظر می‌رسد 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.

 گل و بستان فرد،با بیان این که در این مطالعه دو نوع سلول خورشیدی مختلف مورد مقایسه قرار گرفته و میزان بازدهی آن‌ها اندازه‌گیری شده است، افزود: 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 گفت: 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.
 
محقق طرح در ادامه به تفاوت دو نوع سلول خورشیدی بررسی شده اشاره و تصریح کرد: ساختار سلول‌های خورشیدی حساس شونده با رنگدانه و نقاط کوانتومی به ظاهر بسیار شبیه یکدیگر است. اما در واقع شرایط عملکرد کاملاً متفاوتی دارند. با اینکه سلول‌های خورشیدی بر پایه‌ی رنگدانه، بازدهی بیشتری از سلول‌های خورشیدی بر پایه‌ی نقاط کوانتومی دارند، اما با افزودن نانولوله‌های کربنی بیش از 40 درصد بهبود بازدهی در سلول‌های نقاط کوانتومی دیده شد. حال آن‌که این افزایش بازدهی در سلول‌های رنگدانه تنها هشت درصد بود.
 
وی افزود: دلیل این بهبود چشم‌گیر بازدهی در سلول‌های نقاط کوانتومی عمدتاً به واسطه‌ی افزایش طول عمر و طول نفوذ حاملین بار با افزودن نانولوله‌های کربنی در فتوآند عنوان شده است.
 
گل و بستان فرد خاطرنشان کرد: در روند این تحقیقات پس از تهیه سل تیتانیای مورد نظر جهت لایه نشانی لایه‌متخلخل، نانو لوله‌های کربنی به آن اضافه شد و لایه نشانی صورت گرفت. در این مرحله فتوآند متخلخل سلسله مراتبی کامپوزیتی ایجاد شد. سپس بسته به نوع سلول، فتوآند 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.
 
وی گفت: 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، مشخصه‌یابی جریان – ولتاژ، IPCE و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بوده است.
 
محقق طرح یادآور شد: نتایج این طرح در صنعت برق و انرژی و بطور خاص بحث انرژی‌های تجدیدپذیر قابل کاربرد خواهد بود.
 
نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری دکتر محمدرضا گل و بستان فرد و دکتر حسین عبدی زاده، عضو هیأت علمی دانشگاه تهران است، در مجله‌ی Ceramics International منتشر شده است.