بهینه‌سازی جریان الکتریسیته خروجی از پیلهای خورشیدی آلی !

[∆ MeRzaD ∆]

محققان آمریکایی دریافتند که اگر ضخامت لایه‌ها را در پیل‌های خورشیدی آلی بهینه کنند می‌توانند جریان خروجی از این پیل‌ها را افزایش دهند. نتایج نشان داد که ضخامت لایه‌ها باید 2 نانومتر باشد تا بیشترین جریان الکتریسیته از پیل خارج شود.

پژوهشگران موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) با همکاری آزمایشگاه تحقیقاتی دریایی (NRL) با انجام تحقیقاتی موفق شدند درک بهتری از چگونگی بهینه کردن عملکرد پیل‌های خورشیدی به‌دست آورند. با این کار تولید و تجاری سازی پیل‌های خورشیدی آلی یک گام به جلوتر می‌رود.
 
از نقطه نظر تولید جریان، پیل‌های خورشیدی ساخته شده از مواد آلی با فاصله بسیار دورتری نسبت پیل‌های سیلیکونی رایج قرار دارد. اما اگر بتوان چنین پیل‌هایی را با کارایی بالا تولید کرد می‌توان از مزایای خاص پیل‌های خورشیدی آلی استفاده کرد: برای مثال هزینه تولید این پیل‌ها نسبت به پیل‌های رایج بسیار پایین است، همچنین مساحت بیشتری را پوشش داده و به‌سادگی قابل بازیافت است.

این تیم تحقیقاتی به ساخت پیل‌هایی دست یازیدند که از صدها لایه نازک تشکیل شده و به‌صورت یک در میان از دو ماده مختلف تشکیل شده است: پدالوسیانین روی و فولرین. فولرین (C60) ماده‌ای است کروی که از اتم‌های کربن تشکیل شده که به آن باکی بال‌ هم گفته می‌شود. این ماده چند لایه و سبک که به‌صورت فیلم است می‌تواند دچار برانگیختگی الکترونی شده و الکترون‌ها درون لایه به حرکت در آیند، با این کار جریان الکتریسیته ایجاد می‌شود.

هر لایه چند نانومتر ضخامت دارد و تفاوت ضخامت در این سیستم تاثیر شگرفی روی مقدار جریان الکتریسیته خروجی دارد. تد هیل ویل، شیمی‌دان مرکز NIST می‌گوید تعیین ضخامت بهینه لایه‌ها نقش بسیار مهمی در عملکرد صحیح سیستم دارد. اگر لایه‌ها خیلی نازک باشند، آنها قادر به تولید جریان الکتریسیته کافی نخواهند بود و از سوی دیگر اگر ضخامت بالا باشد در نتیجه برخی الکترون‌ها درون لایه‌های منفرد به‌دام افتاده و باز هم جریان کمی از سیستم خارج می شود. ما قصد داشتیم که بهترین و مناسب‌ترین ضخامت را پیدا کنیم.

یافتن ضخامت بهینه نیازمند بررسی رابطه میان ضخامت لایه‌ها و نسبت تفاوت میان ضخامت دو ماده است. زمانی که نور به سطح برخورد می‌کند موجب تولید جریان می‌شود که یک پیکی ایجاد شده و سریعا فرو می‌نشیند. پیل خورشیدی مناسب باید به‌صورت پایدار جریان الکتریسیته تولید کند. تغییر ضخامت لایه‌ها موجب می‌شود ظرفیت الکترون‌های عبوری تغییر کرده و این تیم تحقیقاتی بتواند با تغییر این ضخامت مقدار بهینه را مشخص کند. نتایج نشان می‌دهد که 2 نانومتر، ضخامت بهینه برای عملکرد خوب پیل است.

نتایج این تحقیق در نشریه Physical Review Letters به چاپ رسیده است.