افزایش کارآیی سلول‌های خورشیدی با فناوری نانو در دانشگاه تربیت مدرس

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانوف در منابع مختلف انواع گوناگونی از تقسیم‌بندی‌ها در زمینه‌ سلول‌های خورشیدی دیده می‌شود. سلول‌های خورشیدی را می‌توان به سه نسل تقسیم کرد که سلول‌های خورشیدی آلی یا پلیمری از نسل جدید و یا سوم هستند. پلیمرهای مزدوج اخیراً به دلیل قابلیت‌های کاربردی‌شان در ابزارهای الکترونیکی انعطاف‌پذیری از قبیل دیودهای نشر نور، سلول‌های خورشیدی پلیمری و ترانزیستورهای لایه‌نازک آلی و همچنین فرایند محلولی و قیمت ارزان آنها مورد توجه ویژه قرار گرفته‌اند.
به گفته‌ دکتر فرزانه عرب پور، یکی از روش‌های بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی پلیمری،‌ استفاده از نقاط کوانتومی و ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیت هیبریدی است. در طرح حاضر سعی شده است با بهبود عملکرد نوری و الکتریکی سلول خورشیدی، بازده آن را افزایش داد.

وی یادآور شد بهبود عملکرد این سلول‌ها منجر به استفاده بیشتر از این سامانه‌ها و در نتیجه کاهش آلودگی هوا و هزینه‌های مربوط به مصرف سوخت‌های فسیلی می‌شود.
نانوبلورهای نقاط کوانتومی به دلیل تنظیم‌پذیر بودن خواص با ابعاد، پایداری مناسب، قابلیت جذب نور بالا، امکان جذب چندتایی و توانایی شرکت در مراحل فتوولتائیک، مورد توجه قرار دارند.

در تحقیق حاضر، با استفاده از روش شبکه‌ای کردن نانوبلورهای نقاط کوانتومی به‌وسیله‌ مولکول‌های آلی عامل‌دار، تحرک الکترون در نقاط کوانتومی بهبود یافته و متعاقباً بازده سلول خورشیدی افزایش یافته است. از سوی دیگر،‌ شبکه‌ای شدن منجر به کاهش انحلال‌پذیری لایه‌ی پلیمر حاوی نقاط کوانتومی می‌شود.

در این پژوهش ابتدا نانوبلورهای نقاط کوانتومی با ابعاد مختلف سنتز شده‌اند. برای ساخت سلول‌های خورشیدی، در ابتدا، زیرلایه‌ی طرح دار شده با فرایند مناسب شسته شده است. لایه‌ دوم، لایه‌ انتقال‌دهنده از جنس پلیمر رسانا است که به روش لایه نشانی چرخشی با ضخامت 50 نانومتر روی زیرلایه قرار گرفته است. لایه‌ سوم لایه فعال است که با استفاده از روش پوشش‌دهی چرخشی لایه‌نشانی می‌شود.

برای اعمال عملیات شبکه‌ای کردن، چندلایه ساخته شده در محلولی از عامل شبکه کننده در دمای 60 درجه سانتی گراد و در محیط خنشی قرار گرفته است. پس از تکمیل عملیات شبکه‌ای شدن، لایه‌ای 100 نانومتری از آلومینیوم به روش لایه نشانی تبخیری روی لایه‌ها نشانده و ساخت سلول تکمیل شده است. سپس سلول برای مشخصه‌یابی تحت تابش خورشید قرار گرفته و بازدهی آن محاسبه شده است.
شبکه ای کردن نقاط کوانتومی در ساختار هیبریدی منجر به بهبود انتقال بار در نانوذرات شده است. همچنین افزایش مقاومت لایه‌ی فتوولتائیک در برابر حلالیت و امکان ساخت چندلایه‌های نانوکامپوزیتی با حلال مشابه از جمله نتایج دیگر این تحقیق بوده است.
این تحقیقات از تلاش‌های دکتر فرزانه عرب پور، دانش آموخته مقطع دکترای دانشگاه تربیت مدرس، دکتر مهرداد کوکبی و دکتر وحید احمدی، عضو هیأت دانشگاه تربیت مدرس، و دکتر غلامرضا عبائیانی، عضو هیأت علمی پژوهشکده لیزر و اپتیک، به انجام رسیده است.