بهترين عملکرد، در پيل‌هاي خورشيدي ضخيم است که قادرند طبف وسيعي از پرتوهاي خورشيد را دريافت کنند اما ارزان‌ترين پيل‌هاي خورشيدي آنهايي هستند که ضخامت بسيار کمي دارند. براي ترکيب اين دو ويژگي، يک تيم تحقيقاتي يک پيل خورشيدي را طراحي کرده که مي‌تواند طيف وسيعي از پرتوهاي خورشيد را جذب کرده و همچنين ضخامتي در حد 10 نانومتر داشته باشد.

دنيس کالاهان، جرمي ماندي و هري آتواتر از موسسه فناوري کاليفرنيا اخيرا مقاله‌اي در نشريه Nano Letters به چاپ رساندند که در آن روش جديدي براي به‌دام اندازي نور ارائه شده است. اين کار در راستاي تحقيقاتي انجام شده است که در سال 1982 صورت گرفته و عنوان شده بود که يک محدوديت ترموديناميکي براي جذب طول موج‌ها روي نيمه‌هادي‌هاي همگن وجود دارد. برپايه اين تحقيق، براي جذب تمام طيف نور خورشيد يک مينيمم ضخامت در پيل‌هاي خورشيدي وجود دارد. به‌همين دليل پيل‌هاي خورشيدي امروزي به‌صورت ضخيم توليد مي‌شوند تا بتوانند بيشترين نور خورشيد را به‌دام بياندازند. اما اين کار موجب افزايش قيمت و پيچيده شدن فرآيند توليد مي‌شود.

آناليزهاي قبلي درباره محدوديت به‌دام اندازي نور ( که به محدوديت ارگوديک معروف است) نشان مي‌دهد که در برخي پيل‌ها اين محدوديت شکسته مي شود که محققان توضيح مناسبي براي بروز اين پديده ندارند.

محققان اين پروژه چنين فرض کردند که کليد اصلي براي غلبه بر محدوديت به‌دام اندازي نور، افزايش دانسيته حالت‌هاي نوري نيمه‌هادي‌ها است. از آنجايي که هر يک از اين حالت‌ها طول موج خاصي را مي‌پذيرند بنابراين افزايش تعداد آنها مي‌تواند به افزايش مقدار جذب نور منجر شود.

دنيس کالاهان مي‌گويد الان مي‌توان گفت که چگونه بايد يک پيل خورشيدي را طراحي کرد تا بتوان بر محدوديت به‌دام اندازي نور غلبه نمود. کاري که شما بايد بکنيد آن است که دانسيته حالت‌هاي نوري را افزايش دهيد. روش‌ها و ابزارهاي بسياري براي طراحي و افزايش دانسيته حالت‌هاي نوري وجود دارد. اين تيم تحقيقاتي از اين روش‌ها براي بهبود عملکرد پيل‌هاي خورشيدي استفاده کردند.

نتايج اين تحقيق نشان داد که با افزايش دانسيته حالت‌هاي نوري مي توان 99.9 درصد از طبف نور خورشيد را جذب کرد، حتي اگر ضخامت نيمه‌هادي مورد استفاده بين 10 تا 100 نانومتر باشد. همچنين با استفاده از مواد مختلف مي‌توان از اين محدوديت عبور کرد براي مثال استفاده از بلورهاي فتونيک يا مواد پلاسمونيک مي‌تواند در اين کار موثر باشد. اين گروه تحقيقاتي در حال حاضر درصدد يافتن راه‌هاي بهتري جهت افزايش دانسيته حالت‌هاي نوري هستند.

منبع:nano.ir