New Technique Studies How Plastic Solar Cells Turn Sunlight into Electricity

روش جدید بررسی چگونگی تبدیل نور خورشید به الکتریسیته در سلول های خورشیدی

 

New Technique Studies How Plastic Solar Cells Turn Sunlight into Electricity

طرح طول موج نور فرو سرخ گسیل شده بر حسب تاخیر زمانی گسیل نور اطلاعاتی درباره ی مسیر الکترون در سلول خورشیدی پلاستیکی در اختیار می گذارد . این اطلاعات درباره ی چگونگی تولید جریان الکتریکی از نور توسط سلول باعث بهبود کارآیی و عمر مفید سلول های خورشیدی می شود.

 

یک روش تحلیلی جدید با بهره گیری از طیف نمایی فروسرخ برای مطالعه ی مواد آلی حساس به نور می تواند به تولید سلول های خورشیدی ارزان تر ، و کار آمدتر بینجامد. استفاده از طیف نمایی فروسرخ IR برای مطالعه ی ارتعاش اتم ها در مواد ، اطلاعاتی را درباره ی حرکت الکترون ها در لایه ای از مواد مبتنی بر کربن در اختیار می گذارد.

 

به دست آوردن این اطلاعات گام مهمی در جهت توسعه ی گروه جدیدی از سلول های خورشیدی است که نوید بخش صرفه جویی های قابل ملاحظه در هزینه تولید در مقایسه با سلول های معمولی سلیسیمی است. این روش تحلیل جدید که در مقاله مربوط به روی جلد جورنال او فیزیکال کمیستری B   به چاپ رسیده است را گروهی از دانشمندان در دانشگاه ایلتی پلسییلوانیا به رهبری چان بی . ازبری (John B.Asbury  ) انجام داده اند.

 

ابزارهای فوتوولتایی آلی (OPV  ) از این رو اهمیت پیدا کرده اند که تولید آن ها بسیار ارزان تر از سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلسیم است. این ماده از لایه ای متشکل از دو نوع ماده ی شیمیایی تشکیل شده است. پلیمری که در هنگام برخورد فوتون با آن الکترونی را آزاد می کند و یک مولکول بزرگ که الکترون های آزاد شده را می پذیرد و میتنی بر مولکول های کربن " باک مینسترفولرن buckminsterfullerene" به شکل توپ فوتبال است.

 

چون برهم کنش های لازم برای تولید جریان الکتریکی در فصل مشترک دو جزء این مخلوط پلیمری به وقوع می پیوندد ، دانشمندان علم مواد باید آرایش مولکول ها در لایه را بدانند. روش تحلیلی جدید ازبری نگاهی نزدیک تر از روش های سنتی به این آرایش می اندازد.مطالعه های قبلی ، با بهره گیری از میکروسکوپی نیروی اتمی ، اطلاعاتکلی درباره ی بسته بندی در اختیار می گذارد، ولی اطلاعات محدودی درباره ی فصل مشترک هایی که مولکول ها در واقع گردهم می آیند در اختیار می گذارد. از سوی دیگر ، طیف نمایی IR ، با ردگیری تبادل الکترون ها بین دو مولکول لایه ، تصویر دقیق تری از فصل مشترک در اختیار می گذارد.

 

به گفته ی ازبری " امروز مشکل OPV ها آن است که به اندازه ی کافی کار آمد نیستند و با گذشت مان از کار می افتند ." او می گوید " برای به دست آوردن جریان الکتریکی مفید ، جریان بین دو جزء را باید بهینه ساخت . برای بهبود عملکرد این ابزار ، باید بفهمیم در هنگام تبدیل نور به الکترون ها ، در سطح مولکولی چه اتفاقی می افتد."

 

وقتی لایه ای در معرض نور قرار می گیرد ، هر فوتون الکترونی را پلیمر بر انگیخته می سازد. اگر فصل مشترکی بین مولکول پلیمر و باک مینستر فولرنی که وارد عمل می شود وجود داشته باشد ، می توان جریانی تولید کرد. با این همه ، در موادی که تا کنون تولید شده اند به نظر می رسد که بسیاری از الکترون ها از مسیر اصلی منحرف می شوند. ازبری با بهره گیری از تپ های لیزری فوق العاده کوتاه لایه را در معرض نور قرار می دهد ، این کار باعث می شود که فوتون های نور در سراسر فصل مشترک همزمان به الکترون تبدیل شوند. از طیف IR   دو بعدی برای دیده بانی ارتعاش مولکول های داخل لایع استفاده می شود.

 

ازبری می گوید " ارتعاش مولکول ها به شدت از بود و نبود الکترون ها تاثیر می پذیرد . از این ارتعاش ها برای کاوش حرکت الکترون ها استفاده می کنیم . با تغییر ساختار مواد ، انتظار داریم مسیرهای فرعی را شناسایی کنیم که باعث کم شدن کارایی می شوند و سرانجام از این اطلاعات برای طراحی مواد بهره بگیریم ." هدف نهایی یک سلل خورشیدی است که به اندازه ی کافی ارزان وکارآمد باشد که بتوان از آن در سقف خانه ها برای تامین الکتریسیته ی مورد نیاز یک ساختمان استفاده کرد.

 

ترجمه :دکتر منیژه رهبر

مرجع