توليد انبوه پيلهاي خورشيدي كاغذي

[Easy Bug]

با وجودي كه هزينه‌هاي تحقيقاتي زيادي به پيل‌هاي فتوولتائيك اختصاص داده شده است، هنوز سهم انرژي خورشيدي از بازار كل انرژي بسيار ناچيز است. مشكل اصلي در اين زمينه هزينه بالاي پيل‌هاي خورشيدي سيليكوني است كه در حال حاضر اصلي‌ترين پيل‌هاي خورشيدي تجاري محسوب مي‌شوند. مرجع فعلي مورد استفاده در زمينه پيل‌هاي خورشيدي، پيل‌هاي خورشيدي سيليكوني بزرگ و انعطاف‌ناپذير با بهره تبديل انرژي بالاي 10 درصد و طول عمر 25 سال است؛ با اين حال مي‌توان پيل‌هاي ارزان‌تر با بهره تبديل 3 تا 7 درصد (شبيه برگ گياهان) و طول عمر كمتر از 1 سال توليد كرد. پيل‌هاي فتوولتائيك آلي قابليت كاهش هزينه پيل‌هاي خورشيدي را دارند. همچنين اگر در اين پيل‌ها از مواد مناسبي استفاده شده باشد، به‌راحتي مي‌توان آنها را پس از استفاده دور ريخت. يكي از بهترين پيل‌هاي فتوولتائيك آلي، پيل‌هاي متشكل از پليمر-فولرين است كه اولين بار در سال 1992 توليد شد. از آن زمان تاكنون كارهاي زيادي براي افزايش كارايي و پايداري اين پيل‌ها صورت گرفته است، اما هيچ كار مهمي روي كاهش هزينه مواد و ساده‌تر كردن فرايند توليد گزارش نشده است. اكسيد اينديوم-قلع كه يك ماده گران است، همچنان جزء مهمي از پيل‌هاي فتوولتائيك آلي محسوب مي‌شود. نشاندن اين ماده روي بسترهاي انعطاف‌پذير نيز يك فرايند گران است كه در خلأ صورت مي‌گيرد. اخيراً گروهي از محققان دانشگاه فناوري Chemnitz در آلمان توانسته‌اند پيل‌هاي خورشيدي متشكل از پليمر/فولرين را با استفاده از يك راهكار ساده روي بسترهاي كاغذي رسوب دهند. در اين پيل‌هاي خورشيدي جديد از اكسيد اينديوم-قلع استفاده نشده و نيازي به خلأ براي انجام فرايند توليد وجود ندارد.

اين پژوهشگران از يك فرايند چاپ رولي سه‌مرحله‌اي در شرايط عادي براي چاپ كل پيل خورشيدي استفاده كرده‌اند. در اين پيل از يك فيلم روي اكسيد شده به‌صورت طبيعي كه روي كاغذ چاپ شده است، به‌عنوان كاتد استفاده مي‌شود. لايه فتوولتائيك متشكل از پليمر/فولرين با استفاده از چاپ گراور روي سطح نشانده مي‌شود. پلي (4،3- اتيلن‌ديوكسي تيوفن) پلي (استايرن سولفونات) (PEDOT:PSS) كه توسط چاپ فلكسوگرافي روي سطح رسوب داده مي‌شود، به‌عنوان آند شفاف عمل مي‌كند. با استفاده از اين روش امكان الگودهي آزاد هر سه لايه عملكردي توسط چاپ گراور و فلكسوگرافي به‌وجود مي‌آيد. مزيت الگودهي آزاد اين سه لايه حذف فرايندهاي اضافي مورد نياز براي اتصال پيل‌هاي خورشيدي به مدول خورشيدي است. با وجود ناهمواري سطحي بالاي كاغذ، بهره تبديل انرژي اين پيل‌هاي خورشيدي تحت تابشي به‌شدت 60 ميلي‌وات بر سانتي‌متر مربع حدود 3/1 درصد بود. همچنين اختلاف پتانسيل مدار باز اين پيل و چگالي جريان حالت اتصال كوتاه آن به ترتيب 59/0 ولت و 6/3 ميلي‌آمپر بر سانتي‌متر مربع بود. اين كار يكي از اولين گام‌هاي مهم در زمينه «انرژي كاغذي» به‌شمار مي‌رود. جزئيات اين كار در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده است.

منبع: ستاد توسعه فناوري نانو