افزایش بهره‌وری سلول‌های‌ خورشیدی

سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ (DSSCs) از تیتانیوم دی‌اکسید ساخته می‌شوند که ترکیبی مقرون به‌صرفه است و این سلول‌های خورشیدی را از نمونه‌های گرانقیمت سیلیکونی متمایز می‌کند.

مهم‌ترین علت پایین بودن بهره‌وری سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ، دریافت ناکافی نور مادون قرمز از تابش الکترومغناطیسی است.

در مطالعات اخیر، تأثیر ترکیب لایه‌های نانومتری و ذرات میکرومتری بر عملکرد سلول‌های خورشیدی مورد بررسی قرار گرفت.

پژوهشگران با این فرضیه پیش رفتند که اضافه کردن این ذرات موجب افزایش مسافتی می‌شود که نور باید برای ورود به درون سلول طی کند، بنابراین طیف وسیع‌تری از مادون قرمز به نیروی برق تبدیل خواهد شد.

فوتوآند، مهم‌ترین ترکیب سازنده سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ است که از قرار گرفتن یک لایه متخلخل نازک از جنس نانوذرات تیتانیوم، روی یک شیشه پوشیده شده با اکسید رسانای شفاف به دست می‌آید سپس با یک لایه رنگ فعال شونده در برابر نور، سطح تیتانیوم دی‌اکسید را می‌پوشانند. این ترکیب موجب تقویت جذب نور می‌شود و الکترون‌های برانگیخته را در جهت تولید نیرو به کار می‌گیرد.

پژوهشگران، این فوتو آندها را در فواصل لایه‌های ذرات نانومتری تیتانیوم دی‌اکسید و میکروذرات تیتانیوم دی‌اکسید متخلخل کروی جاسازی کردند سپس با به‌کارگیری روش گرمابی (hydrothermal) در دو مرحله، فرآیند سنتز میکروذرات تیتانیوم دی‌اکسید انجام گرفت.

آزمایش‌ها نشان داد این سطوح اضافه شده به گسترش سطح داخلی و پراکندگی بیشتر نور منجر می‌شود.

در نتیجه پراکندگی نور، فوتون‌ها از مسیر اصلی منحرف می‌شوند و ناگزیرند مسافت طولانی‌تری را به درون سلول طی کنند. به این ترتیب، نور مدت زمان بیشتری در داخل سلول خورشیدی به دام می‌افتد و میزان تبدیل انرژی افزایش می‌یابد.

با استفاده از این روش، میزان بهره‌وری سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ تا ۲۶ درصد ارتقا می‌یابد و نیز در نمونه‌های تجاری کنونی قابل اجراست.

پژوهشگران درصددند تا این ساختارها را در مکانیسم فوتوکاتالیز و تولید هیدروژن به وسیله شکافت آب مورد استفاده قرار دهند و نیز نانوساختارهای تیتانیوم دی‌اکسید را طوری به کار گیرند که نور مرئی را بدون نیاز به رنگدانه جذب کنند.

asme.org / مترجم : صدف دژآلود