استفاده از لایه ‌نازک طلا برای افزایش کارایی پیل خورشیدی

پژوهشگران دانشگاه استنفورد موفق به افزایش کارایی پیل خورشیدی با استفاده از شبکه‌ای از نانوحفره‌ها در سطح طلا شدند. این لایه می‌تواند نور بیشتری را از خود عبور داده و در نهایت انعکاس کمتری از الکترود سطحی در پیل خورشیدی انجام شود.

کد خبر: ۹۷۳۶۸

تاریخ: ۲۳ دی ۱۳۹۴ - ۱۲:۵۴

پیل‌های خورشیدی مواد نیمه‌هادی هستند که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. در این ساختار، دو فلز به‌صورت ساندویچی کنار هم قرار داده شده‌اند. این طراحی رایج یک اشکال بزرگ دارد بخشی از نور خورشید بعد از برخورد به لایه سطح انعکاس پیدا می‌کند و کارایی پیل خورشیدی کاهش می‌یابد.

اخیراً محققان دانشگاه استنفورد روشی ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان لایه سطحی را در پیل خورشیدی از دید پرتو خورشید پنهان نگه داشت. بنابراین، نور خورشید به‌ صورت مستقیم به لایه نیمه‌هادی زیرین برخورد می‌کند.

با استفاده از فناوری‌ نانو، این گروه تحقیقاتی روشی ارائه کردند که الکترود سطحی نسبت به نور خورشید کاملاً شفاف می‌شود. ویجای ناراسیمهان از محققان این پروژه می‌گوید: «روشی که ما ارائه کردیم می‌تواند تا اندازه زیادی کارایی پیل خورشیدی را افزایش و هزینه کار را کاهش دهد.»

در بیشتر پیل‌های خورشیدی، لایه بالایی دارای ساختار شبکه‌ای بوده که الکتریسیته را حمل می‌کند. همین شبکه سیمی مانع از رسیدن نور به ساختار نیمه‌هادی می‌شود. یی چوی از محققان این پروژه می‌گوید: «هر قدر شما فلز بیشتری در سطح استفاده کنید، نور بیشتری بلوک می‌شود و کارایی پیل شما کاهش می‌یابد. بنابراین، همیشه یک رقابت میان هدایت الکتریکی و شفافیت وجود دارد که افزایش یکی موجب قربانی شدن دیگری می‌شود.»

پژوهشگران این پروژه از یک لایه نازک 16 نانومتری طلا روی سطح سیلیکون استفاده کردند. این لایه طلا حاوی آرایه‌های نانومقیاس بوده که در سطح پخش شده‌اند.

آنالیز نوری انجام شده نشان می‌دهد 65 درصد از سیلیکون که با طلا پوشانده شده می‌تواند 50 درصد از نور وارد شده را منعکس کند. این گروه تحقیقاتی معتقد است که هر قدر لایه طلا شفاف‌تر شود، نور بیشتری به لایه سیلیکونی خواهد رسید.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Hybrid Metal–Semiconductor Nanostructure for Ultrahigh Optical Absorption and Low Electrical Resistance at Optoelectronic Interfaces در نشریه ACS Nano منتشر شده‌ است.