تولید پیل‌ خورشیدی با مواد نیمه هادی پلاستیک آلی

محققان دانشگاه تگزاس دریافتند: برای افزایش کارایی پیل‌های خورشیدی می‌توان از مواد نیمه‌هادی پلاستیک آلی در پیل خورشیدی استفاده کرد.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، بر پایه تحقیقات جدید محققان در دانشگاه تگزاس، کارایی پیل‌های خورشیدی رایج می‌تواند بهبود چشمگیری پیدا کند. «زیایونگ ژو» و همکارانش دریافتند که اگر از مواد نیمه‌هادی پلاستیک آلی در پیل‌های خورشیدی استفاده شود، تعداد الکترون‌های به ‌دست آمده در اثر برخورد یک فوتون، دو برابر می‌شود.

«ژو» می‌گوید: تولید پیل خورشیدی نیمه‌هادی پلاستیکی از مزایای بسیاری برخوردار است. یکی از این مزایا، قیمت پایین آن است.  این استاد شیمی در ادامه می‌افزاید: با درنظرگرفتن امکان طراحی ساختار مولکولی پلاستیک ها، کشف ما درهای تازه‌ای را به ‌سوی راهبردهای جدید در تبدیل انرژی خورشیدی باز می‌کند، به ‌طوری که بتوان به بازده های بالاتری دست یافت.

بیشترین بهره تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته در پیل‌های خورشیدی سیلیکونی، از نظر تئوری، ۳۱ درصد است؛ زیرا بیشتر انرژی خورشیدی صرف گرم کردن پیل شده و به الکتریسته تبدیل نمی‌شود. این شکل انرژی که به آن «الکترون‌های داغ» گفته می‌شود، به ‌صورت گرما به هدر می‌روند. اگر بتوان این انرژی را مهار کرد و از آن در فرایند تولید الکتریسیته بهره جست، آن‌گاه می‌توان کارایی تبدیل انرژی را به ۶۶ درصد رساند.

«ژو» و همکارانش نتایج یافته‌های خود را در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Observing the Multiexciton State in Singlet Fission and Ensuing Ultrafast Multielectron Transfer در نشریه «Science» به چاپ رساندند.

در قدم اول «ژو» و همکارانش نشان دادند که می‌توان «الکترون‌های داغ» را با استفاده از نانوبلورها به‌ دام انداخت. آنها نتایج این یافته را نیز در سال ۲۰۱۰ در نشریه «Science» به چاپ رساندند. البته «ژو» می‌گوید پیاده سازی این فناوری با چالش‌های بسیاری همراه است.

برای مثال، تنها در صورتی که نور خورشید به ‌صورت متمرکز روی پیل بتابد، بهره تبدیل انرژی در آن ۶۶ درصد می‌شود. بنابراین با تابش کم رمق پرتو خورشید نمی‌توان انتظار چنین کارایی بالایی را داشت.

برای حل این مشکل، «ژو» و همکارانش به یک جایگزین دست یافتند. آنها دریافتند که اگر در این سیستم از ترکیب نیمه‌هادی آلی به ‌نام «پنتاسن» استفاده شود، هر فوتون قادر است یک کوانتوم تاریک، حالت سایه، ایجاد کند که این مساله منجر به تولید دو الکترون می‌شود. با این روش کارایی سیستم افزایش می‌یابد.

«ژو» می‌گوید: با اعمال این یافته جدید می‌توان کارایی پیل خورشیدی را تا ۴۴ درصد افزایش داد، بدون این که به نور خورشید متمرکز نیاز باشد.