نقش نانو مواد در بازدهی بیشتر سلولهای خورشیدی

مواد جدید واکنشی تک شکافت را مهیا میکنند که زمان جمع آوری بارهای الکتریکی قابل برداشت را افزایش میدهند.
مواد جدید گذرگاهی برای دستیابی به انرژی خورشیدی با راندمان بالا و باصرفه است. تحقیق اولیه روی این مواد نشان میدهد که این مواد میتوانند بارهای مفیدتری ایجاد کرده و راندمان سلول های خورشیدی را تا 44 درصد افزایش میدهند.
اشعه های خورشید منبعی پاک و بی پایان برای انرژی هستند که به عنوان منبعی جایگزین برای انرژی های تجدیدناپذیر به صورت روزافزون مورد توجه جهانیان واقع شده است. اما روش های کنونی برای برداشت بارهای خورشیدی گران و ناکافی بوده و نیز راندمان نظری کمتر از 33 درصد است.
نانو مواد جدید ساخته شده توسط محققین مرکز پژوهش علوم جدید دانشگاه نیویورک(CUNY) رهگذری برای دستیابی به انرژی خورشیدی با راندمان بیشتر و با صرفه تر است.این مواد با استفاده از فرآیندی به نام تک شکافت (singlet fission) به تولید و افزایش طول عمر الکترون های برداشتی حاصل از نور منجر میشود. این کشف در یک مقاله تازه منتشر شده در ژورنال شیمی فیزیک تشریح شده است. به نقل از آندرو لوین، ناشر برجسته این مقاله و دانشجوی دکترای این دانشگاه، با اصلاح بعضی مولکول های به کار رفته در رنگ های صنعتی به منظور ساخت موادی که الکترون های برداشتی ایجاد و طول عمر الکترون های برانگیخته شده را بیشتر میکنند وفرصت  کافی برای جمع‌آوری آنها در سلولهای خورشیدی را برای ما افزایش میدهند. این محقق می‌افزاید که فرآیند خود جمع شدن باعث میشود که مولکول های رنگ به صورت بخصوصی روی هم چیده شوند. این چینش به رنگ هایی که فوتون های خورشیدی را جذب کرده‌اند اجازه میدهد که با رنگ های مجاور جفت شده و با آنها تبادل انرژی نمایند. سپس الکترون‌های این رنگها از هم جدا گشته طوری که به صورت انرژی خورشیدی قابل برداشت جمع آوری گردند.
روش ساخت
برای ساخت این مواد، محققان دو نوع رنگ صنعتی رایج یعنیdiketopyrrolopyrrole (DPP) و ریلین را مورد استفاده قرار دادند که منجر به ایجاد شش نوع رنگ فوق اشباع خود جمع شونده شد که با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و طیف سنجی پیشرفته توسط دانشمندان انجام گرفت. آنها دریافتند که هر ترکیب دارای اختلاف های ریزی در هندسه آنها است که متاثر از حالت برانگیخته رنگها، بروز تک شکافت و تولید الکترونها و طول عمر برداشت آنها است. این عمل یک کتابخانه ای از نانو مواد برای ما مهیا میسازد که میتوانیم به منظور حصول انرژی خورشیدی در آن به مطالعه بپردازیم. در این روش برای ساخت مواد کاربردی با استفاده از روش های خود جمع شونده میتوانیم روی خواص و افزایش راندمان فرآیند برداشت نور بیشتر مانور بدهیم.
چالش بعدی تیم پژوهشی، توسعه یک روش برای برداشت بارهای خورشیدی است که توسط مواد نانو جدید به وجود آمده است. اخیرا آنها مشغول طراحی یک مولکول ریلین هستند که بتواند الکترون های مولکول DPP بعد از فرآیند تک شکافت را قبول کند. اگر آنها موفق به انجام این کار شوند این مواد هم آغازگر فرآیند تک شکافت است و هم انتقال بار به سلولهای خورشیدی را تسهیل میسازد.

توضیحات:

 self assembly: خود جمع شونده

Harness :برداشت، جمع آوری

Andrew M. Levine, Christoph Schierl, Bettina S. Basel, Mehroz Ahmed, Braden A. Camargo, Dirk M. Guldi, Adam B. Braunschweig. Singlet Fission in Combinatorial Diketopyrrolopyrrole–Rylene Supramolecular Films. The Journal of Physical Chemistry C, 2019; 123 (3).