امکان افزایش بازده سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ به کمک نانوساختار اکسید تیتانیوم/پلی آنیلین
در این طرح از روشی ساده و کم هزینه استفاده شده است. سلول خورشیدی ساخته شده به دلیل شفافیت بالای فیلم و پراش بالای نور، که سبب به دام انداختن نور درون سلول می‌شود، از بازده الکتریکی مناسبی برخوردار است.
سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگدانه (DSSC) نویدبخش‌ترین گونه‌ی سلول‌های خورشیدی هستند. هزینه‌ی پایین ساخت، انعطاف پذیری، بازده مناسب و نیز قابلیت تغییر مقیاس ساخت، مهم‌ترین مزایای آن‌ها برای کاربردهایی با ابعاد بزرگ به شمار می‌رود. با این حال، افزایش بهره‌وری این تجهیزات همواره مورد توجه محققین بوده است.
دکتر علیرضا بهرامیان، اهمیت تحقیق در این زمینه را اینگونه شرح داد: «امروزه استفاده از انرژی خورشیدی بعنوان یک انرژی پاک در جهان مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به اینکه گستره‌ی وسیعی از مساحت ایران در معرض تابش مستقیم نور خورشید قرار دارد، استفاده از این انرژی، در مناطقی که امکان اتصال به شبکه برق سراسری را ندارند و یا از نظر اقتصادی استفاده از آن مقرون به صرفه نیست، می‌تواند بعنوان یک راهکار اقتصادی مناسب پیشنهاد گردد.»
وی در ادامه افزود: «هدف از این کار استفاده از فیلم‌های نانوساختار اکسید فلزی/پلیمری جهت ساخت سلول خورشیدی از نوع رنگدانه‌ای با قابلیت عبور نور از دو سمت و بازدهی الکتریکی مناسب بوده است. مهم‌ترین حسن روش پیشنهادی این است که فرآیند تولید آن ساده بوده و می‌توان با تکمیل مطالعات، این سلول خورشیدی را با قیمت مناسب و در مساحت‌های بزرگ و به تعداد زیاد نیز تولید نمود.»
در ساخت این نمونه، ابتدا فیلم نانوساختار اکسید تیتانیوم، که دارای ساختارهایی شبیه مرجان بودند، به روش لایه نشانی غوطه‌وری ساخته شدند. از طرفی فیلم نازک پلی آنیلین با ساختارهای نانوفیبری شکل نیز از طریق پلیمریزاسیون آنیلین تهیه گردید. مهم‌ترین آزمون‌های فیزیکی انجام شده بر روی هر یک از فیلم‌های ساخته شده شامل SEM، TEM، Uv-vis و BET بوده است. در نهایت میزان بازدهی الکتریکی سلول خورشیدی توسط سیستم اندازه گیری IPCE تعیین گردید و نتایج در هر مرحله با تغییر عوامل فیزیکی جهت رسیدن به حالت بهینه مورد ارزیابی قرار گرفت.
به گفته‌ی بهرامیان، استفاده از فیلم تیتانیوم بعنوان آند و پلی آنیلین بعنوان الکترود متقابل در یک محلول الکترولیت، این امکان را فراهم می‌سازد تا با تابش نور مرئی بتوان از آن به عنوان یک سلول خورشیدی حساس به رنگ استفاده کرد.
نتایج این تحقیق نشان داده استفاده از نانوفیبر پلی آنیلین بجای ساختار پلی آنیلین شبکه‌ای متقاطع می‌تواند بازده سلول را افزایش دهد. از طرفی شفافیت فیلم‌ها این امکان را ایجاد می‌کند تا بتوان به کمک آیینه، نور عبوری از سلول را بازگشت داده و بازده سلول حاصل را افزایش داد.
این محقق در پایان به مزایای استفاده از مواد و ساختارهای به کار رفته در ساخت این سلول خورشیدی پرداخت و عنوان کرد: «وجود ساختارهای مرجانی شکل تیتانیوم علاوه بر بالا نگه داشتن مساحت سطحی آن‌ها، موجب افزایش پراکندگی نور در داخل فیلم اکسید تیتانیوم می‌شود. درنتیجه بازده جذب نوری سلول در بخش فتوآند بالا رفته و بازده فتوولتائیکی سلول را بالا می‌برد. از طرفی ساختارهای نانوفیبر پلی آنیلین در مقایسه با ساختارهای شبکه‌ای آن دارای مساحت سطحی بسیار بیشتری هستند که می‌تواند بازده الکتریکی سلول را افزایش دهند.»
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر علیرضا بهرامیان- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی همدان و دکتر داریوش وشایی- از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی است که نتایج آن در مجله‌ی Solar Energy Materials and Solar Cells (جلد 143، سال 2015، صفحات 284 تا 295) به چاپ رسیده است.
