پیل های هیبریدی خورشیدی با استفاده از فناوری نانو
در چند سال گذشته بهبود روشهاي ساخت نانوبلورها منجر به توليد ساختارهاي
ميلهمانند با قطر 2 تا 10 نانومتر و طول 5 تا 100 نانومتر شده است. اين
نانوميلهها به دليل آنيزوتروپي ساختاري خود ويژگيهاي منحصر به فردي دارند که آنها
را به مواد بهتري نسبت به نقاط کوانتومي براي پيلهاي فتوولتائيک و کاربردهاي
زيستپزشکي تبديل ميکند.
بهره تبديل انرژي در پيلهاي خورشيدي ساخته شده از نانوکامپوزيتهاي پليمر مزدوج /نانوميله زماني به بيشترين مقدار خود ميرسد که اين نانوکامپوزيتها بهصورت عمودي ميان الکترودها آرايش يابند تا اکسيتونها بهخوبي پخش شده و انتقال پيدا کنند. براي رسيدن به اين هدف ميتوان از ميدان خارجي براي القاي خودآرايي در اين کامپوزيتها استفاده کرد. مشکل اين است که چگونه اين خودآرايي در مقياس وسيع صورت پذيرد، چرا که روشهاي فعلي خودآرايي نانوميلههاي سلنيد کادميوم محدود به مقياس ميکرومتري هستند.
تا به حال اصليترين روش تهيه کامپوزيت پليمر مزدوج/نانوبلور مخلوط کردن فيزيکي آنها بوده است. ژيکون لين، استاديار دانشکده علوم و مهندسي مواد در دانشگاه ايالتي آيوا ميگويد: «ليگاندهاي آلي نارسانا که از برهمکنش موثر ميان الکترونها با پليمرهاي مزدوج اطراف جلوگيري ميکنند، موجب غيرفعال شدن نانوبلورها ميشوند. بهعلاوه، پليمرهاي مزدوج و نانوبلورها بهدليل تفاوت در انحلالپذيريشان دچار جدايش فاز شده و اين امر موجب کاهش سطح تماس ميان آنها و در نتيجه محدود شدن کارايي ابزارهاي فتوولتائيک ميگردد».
ميتوان با اتصال شيميايي نانوبلورها به کامپوزيت مزدوج، موجب انتشار يکنواختتر نانوبلورها در کامپوزيت شده و برهمکنشهاي الکترونيکي ميان پليمرهاي مزدوج دهنده الکترون و نانوبلورهاي گيرنده الکترون را بهبود بخشيد. قابل ذکر است که اين راهکار که بهطور عمده از طريق مبادله ليگاند انجام ميگيرد، اخيراً کشف شده است و پوشش سطحي ناقص اين فرايند را محدود ميکند.
راهکار جديدي که توسط لين و گروهش ابداع شده است، ساده و قوي بوده و منجر به افزايش قابل ملاحظه چگالي گرافت ميشود. نانوکامپوزيتهاي آنيزوتروپيک حاصل که در آن نانوميلههاي P3HT و سلنيد کادميوم در ارتباط نزديک قرار دارند، ميتوانند در توليد پيلهاي خورشيدي هيبريدي آلي-معدني مورد استفاده قرار بگيرند. اين پيلها بهدليل سطح تماس بالاي ميان پليمرهاي مزدوج و نانوميلههاي يکبعدي و همچنين بهخاطر مسير پيوستهاي که توسط محور طولي نانوميلهها براي حرکت الکترونها فراهم ميشود، بهره تبديل بالايي دارند. در اين نانوکامپوزيتها هر دو مشکل جدايش ميکروسکوپي فاز و ممانعت از انتقال بار که در پيلهاي خورشيدي هيبريدي آلي-معدني ديده ميشوند، حل شده است
بهره تبديل انرژي در پيلهاي خورشيدي ساخته شده از نانوکامپوزيتهاي پليمر مزدوج /نانوميله زماني به بيشترين مقدار خود ميرسد که اين نانوکامپوزيتها بهصورت عمودي ميان الکترودها آرايش يابند تا اکسيتونها بهخوبي پخش شده و انتقال پيدا کنند. براي رسيدن به اين هدف ميتوان از ميدان خارجي براي القاي خودآرايي در اين کامپوزيتها استفاده کرد. مشکل اين است که چگونه اين خودآرايي در مقياس وسيع صورت پذيرد، چرا که روشهاي فعلي خودآرايي نانوميلههاي سلنيد کادميوم محدود به مقياس ميکرومتري هستند.
تا به حال اصليترين روش تهيه کامپوزيت پليمر مزدوج/نانوبلور مخلوط کردن فيزيکي آنها بوده است. ژيکون لين، استاديار دانشکده علوم و مهندسي مواد در دانشگاه ايالتي آيوا ميگويد: «ليگاندهاي آلي نارسانا که از برهمکنش موثر ميان الکترونها با پليمرهاي مزدوج اطراف جلوگيري ميکنند، موجب غيرفعال شدن نانوبلورها ميشوند. بهعلاوه، پليمرهاي مزدوج و نانوبلورها بهدليل تفاوت در انحلالپذيريشان دچار جدايش فاز شده و اين امر موجب کاهش سطح تماس ميان آنها و در نتيجه محدود شدن کارايي ابزارهاي فتوولتائيک ميگردد».
ميتوان با اتصال شيميايي نانوبلورها به کامپوزيت مزدوج، موجب انتشار يکنواختتر نانوبلورها در کامپوزيت شده و برهمکنشهاي الکترونيکي ميان پليمرهاي مزدوج دهنده الکترون و نانوبلورهاي گيرنده الکترون را بهبود بخشيد. قابل ذکر است که اين راهکار که بهطور عمده از طريق مبادله ليگاند انجام ميگيرد، اخيراً کشف شده است و پوشش سطحي ناقص اين فرايند را محدود ميکند.
راهکار جديدي که توسط لين و گروهش ابداع شده است، ساده و قوي بوده و منجر به افزايش قابل ملاحظه چگالي گرافت ميشود. نانوکامپوزيتهاي آنيزوتروپيک حاصل که در آن نانوميلههاي P3HT و سلنيد کادميوم در ارتباط نزديک قرار دارند، ميتوانند در توليد پيلهاي خورشيدي هيبريدي آلي-معدني مورد استفاده قرار بگيرند. اين پيلها بهدليل سطح تماس بالاي ميان پليمرهاي مزدوج و نانوميلههاي يکبعدي و همچنين بهخاطر مسير پيوستهاي که توسط محور طولي نانوميلهها براي حرکت الکترونها فراهم ميشود، بهره تبديل بالايي دارند. در اين نانوکامپوزيتها هر دو مشکل جدايش ميکروسکوپي فاز و ممانعت از انتقال بار که در پيلهاي خورشيدي هيبريدي آلي-معدني ديده ميشوند، حل شده است
+ نوشته شده در چهارشنبه بیست و پنجم خرداد ۱۳۹۰ ساعت 14:15 توسط فیض الله کریمی
|