در حال حاضر، باتری یون لیتیوم بدلیل مشخصات عالی، برجسته‌ترین باتری از جنبه کاربرد و تحقیق و توسعه است. در این مقاله باتری یون لیتیومی معرفی و مزایای آن و مکانیزم عملکرد آن شرح داده می‌شود. ارتباط ویژگی‌های بیرونی با واکنش‌ها و انتقال‌های میکروسکوپی، و مشکل رشد دندریتی برای باتری یون لیتیومی بیان می‌شود. به‌علاوه این مقاله واکنش‌های دقیق و آنچه در شارژ و دشارژ اتفاق می‌افتد را بیان می‌کند.
ذرات الکترونی کوانتومی (الکترون‌های منفی و حفره‌های با بار الکتریکی مثبت) موجود در نانوکریستال‌ها، ویژگی‌های نوری و الکترونی را به وجود می‌آورند که باعث افزایش کارآئی تبدیل انرژی سلول‌های خورشیدی به سوختهای خورشیدی و فوتوولتائیک با هزینه کم می‌شود. به این رویکردها و کاربردها، تبدیل فوتون خورشیدی نسل سوم اطلاق می‌شود. از جمله مهم‌ترین این ویژگی‌ها می‌توان به تشکیل بیش از یک زوج الکترون- حفره (که Excitons در نانوکریستال نیز نامیده می شود) از یک فوتون جذب شده منفرد، اشاره کرد. در نانوکریستال‌های ایزوله‌شده، حامل‌های انرژی سه بعدی (کوانتوم دات‌ها یا نقاط کوانتومی) یا دوبعدی (سیم‌ها یا میله‌های کوانتومی) موجود است. به این فرآیند، تولید Excitonهای مضاعف گفته می‌شود. این مقاله به علوم مربوط به اپتوالکترونیک (الکترونیک نوری) و ویژگی‌های نانوکریستال‌ها می‌پردازد و همچنین مروری بر وضعیت فناورانه نانوکریستال‌ها و نانوساختارها در تولید نسل سوم سوختهای خورشیدی و سلول‌های فوتوولتائیک دارد.
توسعه وسایل الکترونیکی مانند گوشی‌های تلفن همراه و لب تاپ‌ها تقاضا را برای باتریهای قابل شارژ افزایش داده است که در این میان باتریهای لیتیم-یون از دیگر انواع باتری‌ها عملکرد و بازده مناسب‌تری را از خود نشان داده و بیشترین تولید را در میان دیگر انواع باتری‌ها دارند. این باتری‌ها مانند انواع دیگر باتری‌ها از پیل‌های الکتروشیمیایی با دو الکترود و ماده الکترولیت تشکیل شده‌اند. در فرایند شارژ باتریهای لیتیمی، در الکترود مثبت لیتیم به یون لیتیم مثبت و در الکترود منفی یون لیتیم به لیتیم فلزی تبدیل شده و در بین لایه‌های الکترود قرار می‌گیرد. تحقیقات زیادی در جهت توسعه هر یک از الکترودها و الکترولیت در باتریهای لیتیم یون صورت گرفته است و با ورود نانومواد در این تحقیقات تحولات شگرفی در عملکرد این نوع باتری‌ها به وجود آمده است. این سیر تکاملی با ساخت نانومواد جدید همچنان ادامه دارد. در این مقاله تلاش شده با زبانی ساده این نوع باتری‌ها معرفی شده و مختصری در مورد استفاده از نانومواد در آن‌ها توضیح داده شده است.
به‌دلیل اهمیت شناخت خواص نیمه‌رساناها برای درک نحوه عملکرد سلول‌های خورشیدی و راه‌های بهبود عملکرد و افزایش بازده تبدیل سلول‌ها، در این مقاله بحث گذشته درباره خواص نیمه‌رساناها را ادامه می‌دهیم. به‌منظور بوجود آوردن نیروی الکتریکی، یک سلول خورشیدی نیاز به تولید جریان و ولتاژ دارد. تولید جریان نیازمند حامل‌های بار متحرک است و تولید ولتاژ به یک گاف بین ترازهای انرژی الکترونی نیاز دارد. فلزات حامل بار آزاد و عایق‌ها گاف نواری بین ترازهای انرژی الکترونی دارند، اما نیمه‌رساناها هر دو خصوصیت را باهم دارند. اکنون می‌توان به این سؤال پاسخ داد که چرا برای ساخت سلول خورشیدی به نیمه‌رساناها نیاز داریم. برای افزایش بازده تبدیل سلول، بایستی تفکیک مؤثر بار صورت گیرد، که وابسته به عواملی مانند طول پخش الکترون‌ها و حفره‌ها می‌باشد. برای یک سلول خورشیدی فرآیندهای تولید الکترون‌ها و حفره‌ها و بازترکیب آن‌ها از بیشترین اهمیت برخوردار است، از این‌رو آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
رشد مصرف جهانی انرژی در قرن اخیر و همراه با آن افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای، با آلودگی بیش از پیش محیط زیست و خسارات جبران‌ناپذیر برای منابع حیاتی همراه بوده است. به منظور کاهش اتکا جهانی به منابع طبیعی پایان‌پذیر و سوختهای مخرب محیط زیست، تلاش‌های علمی فراوانی برای کاهش هزینه‌های تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر صورت گرفته است. از جمله، تلاش برای تولید انرژی الکتریکی با استفاده از نور خورشید، که با استفاده از خاصیت ذاتی نیمه رساناها انجام شده است. نخستین سلول‌های خورشیدی بر پایه نیمه‌رساناها، که بازده آن‌ها به بیش از %10 می‌رسید در سال‌های 1960-1950 ساخته شدند. هم اکنون %90-85 قطعات فوتوولتایی خورشیدی در سراسر جهان بر پایه قرص‌های نازک بلوری سیلیکون ساخته می‌شوند. امروزه استفاده از نیمه‌رساناها تحول عظیمی در صنایع اپتیکی و الکترونیکی بوجود آورده است. بررسی خواص اساسی نیمه‌رساناها مانند ساختار نواری و نیز توضیح پدیده‌هایی مانند اثر فوتوولتایی از اهداف این مقاله است.
مواد از نظر خواص هدایت الکتریکی، به سه دسته رسانا، نیمه‌رسانا و نارسانا تقسیم‌بندی می‌شوند. در سلول‌های خورشیدی، ما نیاز به استفاده از مواد نیمه‌رسانا داریم. مواد نیمه‌رسانا موادی هستند که گاف انرژی آن‌ها کمتر از گاف انرژی مواد نارسانا است. بنابراین اگر بتوان انرژی مورد نیاز را برای الکترون‌ها تأمین کرد، الکترون‌ها می‌توانند از سد انرژی ناشی از گاف عبور کرده و به تراز هدایت بروند. در مواد رسانا، عملاً این گاف انرژی وجود ندارد و الکترون‌ها به‌راحتی می‌توانند وارد تراز بالایی شده و در رسانش ماده همکاری کنند. اکنون سؤال این است که چرا برای تولید جریان الکتریکی فقط مواد نیمه‌رسانا قابل استفاده هستند؟
این مقاله شامل سرفصل‌های زیر است:
1-نور خورشید و کاربردهای آن
2- مشکلات و ویژگی‌های استفاده از انرژی خورشیدی
سلول‌های خورشیدی، وسایلی برای تبدیل انرژی تابیده شده از خورشید به زمین هستند. قبل از اینکه به بررسی مکانیزم عملکرد سلول‌های خورشیدی بپردازیم، لازم است کمی در رابطه با ماهیت و شرایط انرژی خورشیدی و امواج رسیده از خورشید به سطح زمین اطلاعاتی کسب کنیم. در این قسمت، با هم مروری بر ویژگی‌های آنچه از خورشید به زمین می‌رسد، خواهیم داشت.
گروهی از محققان و پژوهشگران سعی دارند از ارتعاشات و لرزش‌های موجود در محیط زیست استفاده کنند و به‌وسیله نانوژنراتور برای افزاره‌های الکترونیکی‌ای که توان کمی مصرف می‌کنند، منبع انرژی تهیه کنند؛ در این صورت، نیازی به باتری نخواهد بود. ولتاژ و جریان خروجی نانوژنراتور به قدری است که می‌توان آن را برای میکرو/ نانوسیستم‌هایی مانند حسگرهای خودشارژ یا افزاره‌های ریز قابل کاشت در بدن و میکروربات‌ها و نانوربات‌ها به‌کار گرفت. در این مقاله با بیان برخی از دستاوردهای پژوهشگران و آزمایش‌های انجام گرفته، به سازوکار نانوژنراتورها، موارد استفاده آن‌ها، و کاربردهایشان پرداخته می‌شود.
باتریهای اتومبیلهای برقی‌ای که در آینده وارد بازار خواهند شد باید الزامات اتومبیل و الزامات بازار را برآورده سازند. مواردی که از اهمیت بیشتری برخوردارند عبارتند از: ظرفیت ذخیره‌سازی بالای انرژی، نیمه‌عمر بالا و پایدار (چرخه‌عمر طولانی)، شارژشدن سریع، و ایمنی بالا. هم‌اکنون، باتریهای یون لیتیم که از جمله پرمصرف‌ترین باتریهای متداول هستند در اتومبیلهای برقی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پیش‌بینی می‌شود از این باتری‌ها تا سال ۲۰۲۰ استفاده شود (در حدود ۲۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم، که یک باتری ۲۰۰ کیلوگرمی امکان طی مسافتی معادل ۳۵۰ کیلومتر را فراهم می‌کند).
برای افزایش کارآیی اتومبیلهای برقی نیاز به توسعه فناوری‌های جدید مربوط به باتری‌ها است، به‌گونه‌ای که بتوان از آن‌ها در تجهیزات موتور‌های با احتراق داخلی (درون‌سوز) متداول نیز استفاده نمود. باتریهای لیتیم-هوا، لیتیم-سولفور، روی-هوا، و باتریهای منیزیومی از جمله فناوری‌هایی هستند که در مرحله تحقیقات به‌سر می‌برند. این قبیل فناوری‌‌ها، در مرحله کاربرد، مسائل و مشکلاتی را نیز به‌وجود خواهند آورد. فناوری نانو در غلبه بر این مشکلات و معرفی باتریهای جدید برای خودروهای برقی چه نقشی خواهد داشت؟
