بهبود پیل‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی هسته‌ای - پوسته‌ای

محققان به مطالعه نقاط کوانتومی دارای ساختار هسته‌ای - پوسته‌ای پرداختند و در نهایت مدل‌هایی برای بهبود کارایی پیل‌های خورشیدی ارائه کردند.

کد خبر: ۶۱۴۵۳۴

سه‌شنبه - ۳۰ خرداد ۱۳۹۶ / June 20, 2017

اخبار دانشگاهی را از «کانال اخبار دانشگاهی SNN.ir» دنبال کنید

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو؛ محققان به مطالعه نقاط کوانتومی دارای ساختار هسته‌ای - پوسته‌ای پرداختند و در نهایت مدل‌هایی برای بهبود کارایی پیل‌های خورشیدی ارائه کردند. با این مدل‌ها می‌توان پیل‌های خورشیدی را به کارایی ۲۰ درصد رساند تا برای تجاری‌سازی مقرون به صرفه شوند.

برای درک بهتر طبیعت سیستم‌های پیچیده لازم است که کوچکترین بخش‌های آنها مورد مطالعه قرار گیرد. در مورد پیل‌های خورشیدی، محققان به دنبال مطالعه مواد مورد استفاده در ساخت این پیل‌ها هستند تا آنها را بهینه‌سازی کنند.

مواد نانوساختار ترکیبی کاربرد وسیعی در ادوات اپتوالکترونیک نظیر پیل‌های خورشیدی دارند. به دلیل طبیعت ترکیبی این مواد، سطح تماس دو ماده در آنها دچار نقص ساختاری بوده که روی عملکرد پیل‌های خورشیدی تأثیرگذار است. شناسایی این نقص‌ها به‌صورت عملی کاری دشوار است، به همین دلیل محققان آزمایشگاه ملی آروگونه و دانشگاه شیکاگو تصمیم به بررسی این مواد در مقیاس اتمی کردند تا ریشه این نقص‌ها را پیدا کرده و برای رفع آن در تولید پیل‌های کارا اقدام کنند.

جولیا گالی از دانشگاه شیکاگو، نویسنده مقاله مربوط به این پروژه در نشریه Nano Letters، می‌گوید: « ما علاقه‌مند به درک نانوساختارها و نقاط کوانتومی هستیم تا دریابیم که آنها در پیل‌های خورشیدی چگونه عمل می‌کنند. ما  با دینامیک مولکولی کلاسیک در حال مدل‌سازی تا مشخص کنیم خواص نوری و ساختاری این نانوذرات و نقاط کوانتومی چگونه است.»

این گروه روی نقاط کوانتومی سلنید سرب که پوسته‌ای از جنس سلنید کادمیم روی آن قرار دارد، متمرکز شدند. این نوع نقاط کوانتومی را هسته‌ای - پوسته‌ای می‌گویند که شبیه به تخم مرغ است. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این ساختار برای تبدیل انرژی خورشیدی و ساخت ترانزیستور لایه نازک مناسب است.

در حال حاضر کارایی تبدیل انرژی در پیل‌های خورشیدی حاوی نقاط کوانتومی ۱۲ درصد است. این گروه به دنبال ارائه مدل‌هایی هستند تا کارایی را به بیش از ۱۲ درصد افزایش دهند. در صورتی که کارایی به بالاتر از ۲۰ درصد برسد، می‌توان این فناوری را تجاری‌‌سازی کرد.

برای افزایش کارایی، مطالعه نقص‌ در محل تماس دو ماده در این ساختارها اهمیت زیادی دارد؛ چرا که خواص اپتوالکترونیک آنها را بهبود می‌دهد. این گروه با شبیه‌سازی موفق به ارائه مدل‌هایی برای رسیدن به این هدف شدند. آنها حالت‌های دامی (trap states) را در محل تماس دو ماده شناسایی کردند که می‌تواند عملکرد پیل خورشیدی را بهبود دهد.