این مقاله ضمن معرفی سلولهای خورشیدی اکسایتونی و بیان ویژگیهای آن، به تاثیراتی که نانوفناوری بر این نوع سلولهای خورشیدی دارد، میپردازد. تاثیر اندازه ذرات بر میزان بارگذاری ماده جاذب نور، تاثیر اندازه ذرات بر تنظیم طیف جذبی نور و تاثیر نانوپوششها بر روی کاهش انتقالهای مضر، در این مقاله مورد بررسی قرار میگیرد.
در این مقاله آندهای خانواده اکسید تیتانیوم معرفی و اثرات نانو بر ارتقای عملکرد این آندها بیان میشود و در آخر رفتار شبه خازنی که خاص نانوست، معرفی خواهد شد. اگرچه در این مقاله اثرات مثبت نانو در ارتقای عملکرد باتری گفته میشود، درباره ماهیت شیمی-فیزیکی اتفاقات رخ داده در ابعاد نانو بحث نمیشود و به مطالب تکمیلی ارجاع داده میشود.
در این مقاله، احیای الکترولیت در آند که یک پدیده نانومقیاس است، توضیح داده میشود. تاثیرات منفی این پدیده، بر روی آندهای آلیاژی بیان شده و درباره چگونگی رفع این اثرات منفی با تهیه نانوساختارهای مناسب صحبت خواهد شد.
سلول خورشیدی حساس شده با رنگ (Dye-sensitized Solar Cell, DSSC)، گونهای از سلول خورشیدی ارزانقیمت متعلق به دسته سلولهای خورشیدی لایه نازک (Thin Film Solar Cells) است. اساس کار این سلول یک نیمهرساناست که از یک آند حساس به نور و یک محلول الکترولیت تشکیل میشود. جذب نور توسط یک ماده رنگی سبب برانگیخته شدن الکترونهای آن میشود. مولکولهای ماده رنگی بسیار کوچک هستند؛ بنابراین برای جذب میزان قابل توجهی از نور خورشید از مادهای دیگر بهعنوان پایه برای نگهداشتن تعداد زیادی از مولکولهای ماده رنگی در یک ساختار سه بعدی استفاده میشود. معمولاً تیتانیوم دیاکسید به عنوان نیمهرسانا این نقش را ایفا میکند و الکترونهای برانگیخته شده را از رنگ به الکترود شمارشگر انتقال میدهد. در نهایت طی یک چرخه انتقال الکترون که الکترولیت در آن نقش مهمی دارد، الکترونها به مولکولهای رنگ برمیگردند. به این ترتیب، نور خورشید توسط این سلول خورشیدی به الکتریسیته تبدیل میشود. در این مقاله، ابتدا به معرفی انواع سلولهای خورشیدی میپردازیم و سپس سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ، ساختار و عملکرد آنها مورد بحث و بررسی قرار میگیرد.
در این مقاله درباره کاربرد نانوفناوری در باتریهای یون لیتیومی بحث میشود اما این مطالب گفته شده برای دیگر باتریها نظیر سدیم یونی و منیزیوم یونی نیز قابل تعمیم است. این مقاله، کاربردهای فناوری نانو را به صورت دستهبندی شده بیان میکند و کاربردهای نانو در اجزای باتری در مقالات دیگر خواهد آمد. در این مقاله مزایای نانوابعاد کردن در افزایش توان و ظرفیت و معایب آن همچون کاهش چگالی انرژی حجمی بیان میشود. راه حل ایرادات، با نانوفناوری مثل نانوپوششها و نانوساختارهای مهندسی شده اشاره میشود.
پلیمرهای مزدوج (Conjugated Polymers) اخیرا بهدلیل قابلیتهای کاربردیشان در ابزارهای الکترونیکی انعطافپذیر از قبیل دیودهای نشر نور (LEDs)، سلولهای خورشیدی پلیمری و ترانزیستورهای لایه نازک آلی و همچنین فراوری در محلول و قیمت ارزان آنها مورد توجه ویژه قرارگرفتهاند. ضخامت لایه فعال در سلولهای خورشیدی آلی پلیمری 100nm میباشد که این مقدار تقریبا 1000 مرتبه نازکتر از سلولهای خورشیدی سیلیکون کریستالی و 10 مرتبه نازکتر از فیلمهای معدنی است. با اینحال این نوع از سلولهای خورشیدی در مقایسه با سلولهای معدنی کارایی 2 تا 3 مرتبه کمتری را دارا میباشد. به همین دلیل، جهت افزایش و بهبود قابلیت این سلولهای پلیمری تاکنون مواد نیمههادی بسیاری تهیه شدهاند اما دانشمندان برای ساخت ماده ایدهآل در این زمینه تلاش گستردهای را دنبال میکنند.
امروزه سلولهای خورشیدی سیلیکونی، از پرکاربردترین قطعات حالت جامد هستند. سیلیکون نیمهرسانایی با گاف نواری eV 1/7-1/1 (مناسب برای جذب نور خورشید) میباشد. جفتهای الکترون- حفره در اثر تابش نور خورشید در نیمهرسانا تولید میشوند. این حاملهای بار متحرک میتوانند جریان الکتریکی تولید کنند. تولید ولتاژ الکتریکی به یک گاف انرژی بین ترازهای انرژی الکترونی نیاز دارد. اما چگونه میتوان با استفاده از گاف انرژی، ولتاژ تولید کرد؟ برای این منظور، به یک پیوند p-n نیاز است. ساختار سلولهای سیلیکونی، از یک فیلم نازک نوع n (ضخامتی در حدود یک یا چند میکرومتر) بر روی یک فیلم نوع p که ضخامت بیشتری دارد، تشکیل میشود. جفتهای الکترون- حفره تولید شده بوسیله نور خورشید در فصل مشترک این دو ناحیه پخش میشوند، جایی که میدان الکتریکی داخلی موجب جدایی بار میشود. در سلولهای خورشیدی پیوند n-p بحث درباره تولید و بازترکیب حاملها، که بسته به ولتاژ اعمال شده بر روی پیوند در گاف ممنوعه انرژی نیمهرسانا رخ میدهد، ضروری به نظر میرسد.
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.
