افزایش کارایی سلول های سوختی خورشیدی با نانوفناوری

از انرژی الکتریکی حاصل از سلول های خورشیدی می توان برای فرآیند الکترولیز یا همان تجزیه آب به دو عنصر اکسیژن و هیدوژن بهره گرفت. هیدورژن حاصل از تجزیه آب می تواند به عنوان سوخت در صنایع و حتی خودروهای هیدروژنی به کار رود.

با اینکه ایده الکترولیز برای تولید هیدروژن بسیار جذاب است، اما شیوه ای پرهزینه به شمار می رود. به همین دلیل بسیاری از دانشمندان در سالهای اخیر کوشیده اند دو عملیات مختلف تبدیل نور خورشید به الکتریسیته و استفاده از آن برای الکترولیز را در یک عملیات واحد بگنجانند. دستگاه حاصله از این ترکیب را در اصطلاح «سلول سوختی خورشیدی» می نامند.

به تازگی گروهی از پژوهشگران به ماده ای جدید دست یافتند که می تواند برای ساخت سلول سوختی خورشیدی به کار رود. این ماده «فسفید گالیوم» نام دارد. گفتنی است از این ماده در ساخت برخی لامپ های ال.ای.دی رنگی استفاده می شود.

با این حال، مشکل اصلی در استفاده از فسفید گالیوم این است که این ماده در صورت قرار گرفتن بر روی یک سطح صاف نمی تواند انرژی خورشیدی زیادی را جذب کند و در نتیجه کارایی آن نسبت به سلول های خورشیدی معمولی به مراتب کمتر است. به همین دلیل گروهی از دانشمندان به تازگی راه حلی هوشمندانه برای این مشکل یافتند.

در این شیوه جدید، ابتدا نانولوله هایی به طول 500 نانومتر و ضخامت 90 نانومتر ساخته شد. ساخت سلول خورشیدی با استفاده از این نانولوله ها می تواند میزان تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی را به 2.9 درصد برساند. با این حال این میزان هنوز نرخ 15 درصد تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی که در سلول های خورشیدی سیلیکونی روی می دهد فاصله زیادی دارد.

عنصر فسفید گالیوم بسیار گران قیمت است. با این وجود استفاده از نانولوله های ساخته شده از این ماده می تواند موجب کاهش میزان استفاده از آن شود. در واقع حجم فسفید گالیوم مورد استفاده برای ساخت نانولوله ها حدود ده هزار بار متر از حجم مورد استفاده از این ماده بر روی سطوح صاف است.

یکی دیگر از مزیت های استفاده از فسفید گالیوم، قابلیت این ماده برای جدا کردن اکسیژن از آب است. به این ترتیب در نهایت به سلولی سوختی دست می یابیم که می تواند انرژی خورشیدی را به صورت موقتی در خود ذخیره کند.

این پژوهش به تازگی در نشریه Nature Communications منتشر شده است. 

No tags for this post.