براندون مك دونالد با همكاري گروه‌هايي از مركز CSIRO و دانشگاه ملبورن استراليا موفق به ساخت پيل خورشيدي بسيار نازكي شدند كه قابل چاپ و انعطاف‌پذير بوده و همچنين مي‌تواند هزينه انرژي تجديدپذير را به شدت كاهش دهد.
در اين فناوري كه به‌صورت پتنت ثبت شده است، از جوهرهاي حاوي نانوبلورهاي نيمه‌هادي بسيار كوچك استفاده شده است. اين جوهرها مي‌توانند مستقيما روي سطوح مختلف بنشينند. اگر تركيب مناسبي از جوهر و سطح انتخاب شود آنگاه مي‌توان پيل‌هاي خورشيدي كارا با استفاده از هزينه بسيار كم توليد كرد.
براندون مك دونالد مي‌گويد: مشكل پيل‌هاي خورشيدي رايج اين است كه براي توليد آنها نياز به انرژي و فرآيندهاي پيچيده‌اي است كه در نهايت توليد آنها را بسيار پر زحمت مي‌كند. اما با استفاده از اين جوهرهاي نانوبلوري مي‌توان يك روش مستمر را براي توليد پيل خورشيدي ارائه كرد. در چنين روشي خروجي توليد بسيار بالا بوده در حالي كه هزينه توليد پيل خورشيدي به شدت كاهش خواهد يافت.
نانوبلورها، كه نقاط كوانتومي شهرت دارند، ذرات نيمه‌هادي هستند كه داراي قطري بين چند ميليونيوم تا چند ميليمتر هستند. از آنجايي كه ابعاد اين ذرات بسيار كوچك است بنابراين مي‌توانند درون محلول به‌صورت معلق باقي بمانند.
اين محلول را مي‌توان روي مواد مختلف نظير پلاستيك‌ها يا فويل‌هاي فلزي نشست داد و سپس آنها را خشك كرده و به‌صورت فيلم نازك در مي‌آورند.
براندون مك دونالد و همكارانش دريافتند كه با استفاده از لايه نشاني به‌صورت چند لايه توسط نانوبلورها، آنها قادر خواهند بود كه هرگونه آسيب بوجود آمده روي لايه‌ها كه در طي فرآيند خشك كردن ايجاد مي‌شود را پر كنند. نتيجه كار، يك فيلم متراكم و يكنواخت است كه براي پيل‌هاي خورشيدي سبك ايده‌آل است.
اين نانوبلورها داراي مواد نيمه‌هادي موسوم به تلوريد كادميوم است كه جاذب بسيار خوبي براي نور است. در واقع نتيجه كار پيل‌هايي بسيار نازك خواهد بود. كل مواد مصرفي براي توليد اين پيل خورشيدي يك درصد آن چيزي است كه براي توليد پيل‌هاي خورشيدي رايج استفاده مي‌شود. در مقايسه با پيل‌هاي خورشيدي ديگر، اين پيل‌ها بسيار نازك ‌تر بوده و تقريبا يك دهم آنها ضخامت دارند. از اين فناوري نه تنها در پيل‌هاي خورشيدي استفاده مي‌شود بلكه در ديگر ادوات الكترونيكي قابل چاپ مانند ديودهاي نشر نور، ليزرها و ترانزيستورها استفاده مي‌شود


نانومخروط‌ ها راندمان پيل خورشيدي را افزايش مي‌دهند
يك گروه تحقيقاتي به رهبري جان زو از آزمايشگاه ملي اِوك ريدج با ساخت پيل خورشيدي مبتني بر نانومخروط سه بعدي راندمان تبديل نور به توان فوتوولتائيك را تا نزديك 80 درصد رسانده است.
اين فناوري در حقيقت بر مشكل انتقال ضعيف بارهاي توليد شده بوسيله فوتون‌هاي خورشيدي غلبه مي‌كند. اين بارها (الكترون‌هاي منفي و حفره‌هاي مثبت) معمولا بوسيله نقايص در مواد توده‌اي و فصل‌مشترك‌شان بدام مي‌افتند؛ و اين پديده منجر به افت عملكرد مي‌شود.
پيل خورشيدي مبتني بر نانومخروط شامل نانومخروط‌هاي نوع n، اكسيد رساناي شفاف (TCO) ماتريس نوع p و بستر شيشه‌اي.
زو گفت: براي حل مشكل مربوط به بدام‌افتادن بارها كه راندمان پيل خورشيدي را كاهش مي‌دهد، ما يك پيل خورشيدي مبتني بر نانومخروط ساختيم؛ روش‌هايي براي سنتز اين پيل‌ها ابداع كرديم و راندمان مجموعه بار اصلاح شده را شرح داديم.
اين ساختار خورشيدي جديد شامل نانومخروط‌هاي نوع N است كه بوسيله يك نيمه‌رساناي نوع p احاطه شده‌اند. اين نانومخروط‌هاي نوع N از اكسيد روي ساخته مي‌شوند و بعنوان چارچوب اتصال و رساناي الكترون استفاده مي‌شوند. ماتريس نوع p نيز از تلوريد كادميوم چندبلوري ساخته مي‌شود و بعنوان محيط جاذب اوليه فوتون و رساناي حفره استفاده مي‌شود.
زو و همكارانش با اين راهبرد در مقياس آزمايشگاهي قادر شدند كه به راندمان تبديل نور به توان سه و دو دهم درصدي برسند كه از راندمان يك و هشت دهم درصدي ساختار مسطح مرسوم اين ماده بيشتر است.
زو گفت: ما براي تهيه يك توزيع ميدان الكتريكي ذاتي، ساختار سه بعدي طراحي كرديم، بطوري كه انتقال موثر بار و راندمان بالا در تبديل انرژي از نور خورشيد به الكتريسيته را تقويت مي‌كند.
برجستگي‌هاي مهم اين ماده خورشيدي عبارتند از: توزيع ميدان الكتريكي بي‌نظيرش كه منجر به انتقال موثر بار مي‌شود؛ سنتز نانومخروط‌ها با استفاده از روش‌هاي ويژه ارزان؛ و حداقل نقايص و فضاهاي خالي در نيمه‌رساناها


 نقايص كم در نيمه‌رساناها باعث تقويت خواص نوري و الكتريكي براي تبديل فوتون‌هاي خورشيدي به الكتريسيته مي‌شود.
زو گفت : نكته مهم در اختراع ما اين است كه شكل نانومخروطي، ميدان الكتريكي بالايي در مجاورت نوك توليد مي‌كند كه باعث جداسازي، تزريق و جمع‌آوري موثر بارهاي كوچك مي‌شود و درنتيجه در مقايسه با يك پيل مسطح مرسومِ ساخته شده با همان ماده، منجر به راندمان بالاتري مي‌شود.
اين محققان جزئيات نتايج كار تحقيقاتي خود را در دو مقاله تحت عناوين "انتقال موثر بار در پيل‌هاي خورشيدي فيلم – نوك نانومخروطي" و "پيل‌هاي خورشيدي نانواتصال مبتني بر فيلم‌هاي CdTe چندبلوري رشديافته روي نانومخروط‌هاي ZnO" "در IEEE Proceedings منتشر كرده‌اند.

فناوري نانو تقويت سلول هاي خورشيد ي رافراهم كرده است


يك تحقيق كه به تازگي انجام شده است، نشان مي‌دهد كه با جايگزين كردن نواري از نانو لوله‌هاي كربني به جاي يكي از دو لايه‌اي كه معمولا در يك سلول خورشيدي استفاده مي‌شود مي‌توان با صرف هزينه اندكي عملكرد اين سلول را تقويت كرد.

محققان روش شگفت آوري كشف كرده‌اند كه مي‌تواند خواصي را كه نانو لوله ها به اين منظور لازم دارند به آنها بدهد.
در حال حاضر، نوعي سلول‌هاي خورشيدي كه سلول‌هاي خورشيدي حساس به رنگ ناميده مي‌شوند يك نوار شفاف از جنس اكسيد دارند كه روي شيشه كشيده شده است و برق را عبور مي‌دهد. نوار ديگري نيز از جنس پلاتين وجود دارد كه مانند يك كاتاليست موجب تسريع فعل و انفعالات شيميايي مي‌شود


با اين وجود، هر دوي اين مواد نقطه ضعف‌هايي نيز دارند.نوارهاي اكسيد را نمي‌توان به راحتي بر روي مواد قابل انعطاف كشيد، آنها بر روي يك ماده سخت و مقاوم به حرارت مانند شيشه بهتر عمل مي‌كنند.
جسيكا ترانسيك از موسسه سانتا فه ، اسكات كالابريز بارتون از دانشگاه ايالتي ميشيگان و جيمز هون از دانشگاه كلمبيا تصميم گرفتند تا از نانولوله‌هاي كربني براي ايجاد يك لايه واحد استفاده كنند كه بتواند كار هر دو لايه اكسيدي و پلاتيني را انجام دهد .براي اين منظور محققان نياز داشتند كه اين لايه واحد سه خاصيت، شفافيت، رسانايي و فعاليت كاتاليستي را داشته باشد.
نوارهاي معمولي نانولوله‌ها ي كربني، اندكي از اين سه خواص را دارند.روش‌هاي معمول براي تقويت يكي از اين خواص باعث از بين بردن يك خواص ديگر مي‌شود.براي مثال ضخيم تر كردن اين نوار آنرا كاتاليست بهتري مي‌كند اما در مقابل، از شفافيت نوا مي‌كند.تئوري قبلي نشان داده بود، زمانيكه مواد نقص‌هاي ريز و كوچكي داشته باشند احتمالا كاتا ليست‌ها ي بهتري خواهند بود و مكان‌هايي را براي چسبيدن مواد شيميايي فراهم مي‌كاهد.
از اين رو محققان تلاش كردند تا نانولوله‌هاي كربني را در معرض ازن قرار دهند.ازن اندكي به اين لوله‌ها صدمه مي‌زند.
محققان دريافتند كه نوارهاي بسيار نازك، كاتاليست‌هاي بسيار بهتري مي شوند بطوريكه عملكرد آنها بيش از 10برابر افزايش مي‌يابد.محققان به منظور رسيدن به حد وسط شفافيت و رسانايي نانولوله‌هاي كربني بلندتري ساختند. اين خاصيت موجب تقويت رسانايي و شفافيت اين لوله‌ها شد.نوارهاي نانو لوله كربني را مي‌توان در پيل‌هاي سوختي و باتري‌ها استفاده كرد.محققان نتايج خود را در گزارش‌هاي نانو منتشر كردند.
منبع: تبيان