افزایش کارایی پیل خورشیدی با نقاط کوانتومی هسته‌ای پوسته‌ای

پژوهشگران آزمایشگاه لوس آلموس با استفاده از نقاط کوانتومی دارای ساختار هسته‌ای پوسته‌ای، موفق به افزایش چهار برابری کارایی پیل خورشیدی شدند که این افزایش کارایی با ایجاد فرآیند تکثیر بار در نانوساختار هسته‌ای پوسته‌ای بدست می‌آید.

کد خبر: ۱۱۸۰۶۹۳

تاریخ: ۱۲ مرداد ۱۳۹۳ - ۱۱:۴۸

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) و به نقل از ایسنا، ویکتور کلیموف از محققان این پروژه می‌گوید: پیل‌های خورشیدی معمولی تنها بخشی از طول موج نور خورشید را جذب می‌کنند، این در حالی است که به دلیل خنک شدن سریع حاملین بار، بخش زیادی از انرژی طیف فرابنفش و آبی با تبدیل شدن به گرما، هدر می‌رود.

روشی که این گروه تحقیقاتی استفاده کرده‌اند، تکثیر بار است. در این روش یک فوتون منفرد می‌تواند الکترون‌های متعددی را برانگیخته کند. نقاط کوانتومی می‌توانند با جذب پرتوهای آبی و فرابنفش این فرآیند را ایجاد کرده و در نهایت الکتریسیته بیشتری تولید کنند. در واقع یک فوتون می‌تواند با برخورد به نقاط کوانتومی دو جفت الکترون و حفره ایجاد کند که این کار، کارایی پیل خورشیدی را افزایش می‌دهد.

تکثیر بار در مواد جامد توده‌ای که در پیل‌های خورشیدی به کار می‌رود، ایجاد نمی‌شود. این گروه تحقیقاتی در سال 2004 نشان دادند که اگر از نانوذرات نیمه‌هادی- نقاط کوانتومی- استفاده شود، می‌توان پدیده‌ی تکثیر بار را مشاهده کرد. هر چند تکثیر بار در نقاط کوانتومی معمولی به قدری نبود که بتواند کارایی پیل خورشیدی را افزایش دهد.

محققان برای حل این مشکل، از نانوساختار هسته‌ای پوسته‌ای از جنس سلنید کادمیم و سلنید سرب استفاده کردند. نتایج نشان داد که تکثیر بار در پیل خورشیدی حاوی این نانوساختار چهار برابر بیشتر از پیل خورشیدی است که از نقاط کوانتومی سلنید سرب منفرد استفاده می‌شود.

ویکتور کلیموف می‌گوید: استراحت آهسته‌ی حفره داغ که در حالت انرژی بالا درون پوسته سلنید کادمیم به دام افتاده، موجب بهبود قابل توجه در کارایی پیل خورشیدی می‌شود. عمر طولانی این حفره‌های داغ موجب فرآیند استراحت دیگری در هسته می‌شود، به این شکل که برخورد حفره با الکترون‌های لایه ظرفیت هسته تکثیر بار با کارایی بالا اتفاق می‌افتد.

یکی از نکات کلیدی در این پروژه، طراحی دقیق نانوساختار هسته‌ای پوسته‌ای است؛ در واقع ضخامت پوسته باید در حد مشخصی باشد تا تکثیر بار اتفاق افتد. این گروه تحقیقاتی قصد دارند با تغییر شکل نانوساختار (برای مثال استفاده از نانومیله) کارایی پیل خورشیدی را بیشتر و بهتر کنند.