محققان دانشگاه شهید بهشتی موفق به ساخت نانوذراتی با اندازه‌ی ذرات یکنواخت شده‌اند که ساخت سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ی نوع p را امکان‌پذیر می‌کند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، استفاده از این نانوذرات، افزایش بازده سلول‌های خورشیدی و کاهش هزینه‌ی ساخت آن‌ها را در پی خواهد داشت. این نانوساختارها قابلیت استفاده در صنایع الکترونیک نوری و پیل‌های الکتروشیمیایی را نیز دارند. از سوی دیگر به دلیل داشتن خواص فوتوکاتالیستی می‌توانند در صنایع مربوط به تولید هیدروژن بکار برده شود.

امروزه در دنیا، بطور گسترده بر روی سلول‌های خورشیدی رنگدانه نوع n کار می‌شود. این تحقیقات شامل استفاده از نانوساختارهای مختلفی از نیمه‌رساناهای اکسیدی شفاف نوع n ، نظیر اکسید تیتانیم (TiO2)، اکسید روی (ZnO) و اکسید قلع (SnO2) است.

نانوذرات ساخته شده در این کار تحقیقاتی، اکسید مس- کروم (CuCrO2) است. این نانوذرات از نادر نیمه‌رساناهای اکسیدی شفاف نوع p است که قابلیت استفاده در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای نوع p را دارد.

ساخت نانوذراتی با توزیع بسیار باریک و اندازه‌ی کوچک، از نتایج اصلی این کار تحقیقاتی است. اما مهم‌ترین دستاورد، ساخت تک بلورهای (single crystals) اکسید مس- کروم است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که اندازه‌ی بلورها با اندازه‌ی نانوذرات یکسان است. تقریباً 90 درصد نانوذرات اندازه‌ای در حدود 15 نانومتر دارند و اندازه‌ی تک‌بلورها با اندازه‌ی نانوذرات همخوانی بسیار خوبی دارد.

به گفته‌ی مرتضی عاصمی، دانشجوی مقطع دکتری رشته‌ی فوتونیک پژوهشکده لیزر و پلاسمای دانشگاه شهید بهشتی که از مجریان این طرح تحقیقاتی است یکی از دلایل مطالعات بسیار اندک بر روی سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ی نوع p ، نبود نیمه‌رسانای اکسیدی شفاف نوع p بوده است. با تهیه و تولید نانوذرات اکسید مس- کروم ، می‌توان اقدام به ساخت سلول خورشیدی رنگدانه‌ی نوع p کرد و قدمی در جهت افزایش بازده سلول‌های خورشیدی رنگدانه برداشت.

از آنجایی که روش شیمیایی سل- ژل در مقایسه با دیگر روش‌های تولید نانوذرات، از روش‌های ساده، سریع و ارزان قیمت به‌شمار می‌رود، در این کار از این روش استفاده شده است.

عاصمی معتقد است این روش می‌تواند به عنوان فرایندی کارامد در تولید نانوذرات در مقیاس انبوه و تجاری قلمداد شود. از طرف دیگر، با توجه به آنکه نانوذارت ساخته شده توزیع باریک، یک اندازه (حدود 15 نانومتر) و در عین حال تک بلور دارند، در ساخت سلول خورشیدی بطور مؤثرتری رفتار خواهند کرد. این ویژگی افزایش بازده سلول را در پی خواهد داشت. به عبارت دیگر، افزایش بازده سلول به معنی کاهش هزینه‌ی کارکرد سلول خورشیدی است.

به گفته وی باید دقت داشت که در هر یک از سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ی نوع n و نوع p، تنها یکی از الکترودها فعال بوده و الکترود دیگری غیرفعال است. یکی از روش‌های افزایش بازدهی این نوع سلول‌ها، فعال نمودن هم‌زمان دو الکترود است. در این کار با استفاده همزمان دو نوع سلول‌ خورشیدی رنگدانه‌ی مذکور، در یک تک سلول خورشیدی حساس شده به رنگ، افزایش بازده امکان‌پذیر شده است. این سلول‌ها اصطلاحاً، سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ی pn یا تاندم (tandem) نامیده می‌شوند.

عاصمی در ادامه به روش تولید این نانوذرات اشاره‌ای کرد و افزود: «در طول فرآیند سل-‌ژل برای ساخت نانوذرات، سعی کردیم با فراهم آوردن شرایطی مناسب و تأثیر‌گذار در میزان آهنگ هسته‌زایی و آهنگ رشد، نظیر غلظت یون‌های فلزی در محلول اولیه، دمای بازپخت و مدت زمان فرآیند عملیات حرارتی، روند تشکیل نانوذرات را به سمتی سوق دهیم که آهنگ هسته‌زایی بیشتر از آهنگ رشد باشد.

وی گفت: برای مطالعه‌ی خواص ساختاری و اندازه نانوذرات، به ترتیب از دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD)، تعیین اندازه ذرات (PSA) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده نمودیم. علاوه بر این، بررسی خواص نوری نظیر گاف انرژی نانوذرات به کمک دستگاه طیف‌سنج UV-vis صورت گرفت.

نتایج این تحقیقات حاصل همکاری مرتضی عاصمی و دکتر مجید قناعت‌شعار- عضو هیئت علمی دانشگاه شهید بهشتی است و در مجله‌ی Journal of Sol-Gel Science and Technology (جلد 70، شماره 3، ماه فوریه، سال 2014، صفحات 416 تا 421) انتشار یافته است.

انتهای پیام