مقدمه:
فناوری نانویانانوتکنولوژیرشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یکمیکرومتر، معمولاً حدود۱ تا۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک – از خود نشان می‌دهند .
فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم است که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته و از فناوریهای نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر درحال توسعه میباشد.
با توجه به افزایش روزافزون مصرف انرژی، کاهش منابع انرژی های فسیلی و مسائل زیست محیطی همچون انتشار بیش از اندازه گازهای گلخانه ای که سبب گرم شدن کره زمین شده است، استفاده از انرژی های نو به عنوان منابعی نامحدود، رایگان و در دسترس بهترین راهکار آینده بشر می باشد. امروزه بکارگیری منابعی همچون انرژی خورشید، باد ، زیست توده، امواج، و… در سبد انرژی کشورها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. انرژی خورشیدی وسیع ترین منبع انرژی در جهان به عنوان انرژی پاک، ارزان و عاری از هرگونه آلودگی جایگاه خاصی در میان منابع انرژی تجدیدپذیر دارد. انرژی که از سمت خورشید در هر ساعت به زمین می تابد بیش از کل انرژی ای است که ساکنان زمین در طول روز مصرف می کنند. بنابراین موضوع استحصال این انرژی عظیم بسیار مهم می نماید.
به طور کلی، فناوری نانو به طرق گوناگون بر عملکرد سلولهای خورشیدی تاثیر مثبت گذاشته است. این تاثیرات کاربردی، در قالب موارد زیر قابل انجام است.
۱- ارائه ی ساختارهای جدید مبتنی بر فناوری نانو برای سلول های خورشیدی
با ورود فناوری نانو به عرصه ی ساخت سلول های خورشیدی و ارائه ساختارهای نوین، دریچه های جدید از انواع کاربری های سلول خورشیدی به دنیای صنعت و فناوری گشوده شد. ساخت سلول های خورشیدی کاملا شفاف از این دسته ساختارهای نوین است.
ساختار کلی سلول های خورشیدی شفاف به صورت ترکیبی از یک زیرلایه ی شفاف (از جنس شیشه یا پلاستیک) و نانولایه هایی از جنس هایی با خاص اپتیکی مختلف و ضخامت های متفاوت است که مسئول جذب در خارج از محدوده نور مرئی می باشند. سلول های شفاف، نور مرئی را از خود عبور داده و در عوض ناحیه فرابنفش و نزدیک به فروسرخ را جذب کرده و تولید توان می کنند. این خصوصیت منحصر به فرد در سلول های خورشیدی شفاف، باعث ایجاد کاربردهای وسیع در ساختمان ها و خودرو ها می شود.
۲- افزایش جذب و به دام انداختن نور خورشید
نانوذرات نورتاب از قبیل نقاط کوانتومی، نانوذرات بر پایه طلا یا نقره، نانو الماس فلورسنت در افزایش بازده سلول های خورشیدی کاربرد فراوانی دارند. ویژگی اصلی این نانوذرات، خاصیت فلورسنت بودن آنهاست. این نانوذرات بسته به نوع و ابعادشان، می توانند طول موج های متفاوتی را جذب کرده و به حالت تحریک دربیایند و در ادامه، این انرژی جذب شده را در قالب تشعشعاتی با طول موج دیگر یا طول موج اولیه از خود منتشر نمایند. جذابیت این مواد این است که به واسطه خاصیت فتوالکتریک(تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته) می توانند دامنه جذب نور خورشید خود را از نور مرئی فرارتر برده و محدوده های اشعه های فروسرخ را نیز جذب نمایند. مدل سازی های تئوری سلول های بر پایه کوانتومی، افزایش بازده سلول، تا حدود ۶۴% را پیش بینی کرده است که بسیار قابل توجه است.
۳- بهره گیری از نانو سیال ها جهت بهبود عملکرد سامانه های خورشیدی
نانو سیال ترکیبی از جامد-مایع است که در آن نانوذرات فلزی یا غیرفلزی در سیال پایه معلق اند. ذرات نانومتری معلق نظیر سیلسیم اکساید، تیتانیم اکساید، اکسید مس یا نانوذرات فلزی نیکل یا نانو لوله های کربنی و گرافن باعث تغییر ویژگی های جابه جایی و انتقال حرارت سیال می شوند که قابلیت بسیاری برای افزایش انتقال حرارت از خود نشان می دهند.
اخیرا برخی از موسسات و شرکتهای تحقیقاتی نانوسیال ها را در گرم کن ها و یا باتری خورشیدی مورد استفاده قرار می دهند. از آنجایی که تابش نور در طول موج های بلند بر سطح سلول های خورشیدی سبب گرم شدن آن شده و این افزایش دما موجب کاهش راندمان می شود. لذا خنک کاری سلول های خورشیدی از اهمیت خاصی برخوردار می شود. لذا بکارگیری نانوسیال موجب می شود با عبور جریان هوا حرارت بیشتری از سلول خورشیدی منتقل گردد.
۴- کاربرد نانو پوشش ها
یکی از عوامل کاهش دهنده بازده سلول های خورشیدی عوامل محیطی نظیر انعکاس نور از سطح سلول، هوای ابری، و موانع ایجاد شده در مسیر عبور نور مانند لایه های رسوبی بر سطح سلول های خورشیدی است. پیشرفت فناوری و ساخت لایه های نانومتری که دارای خواص خودتمیزشوندگی و ضدانعکاس هستند، توان تولیدی سلول را با حل این مساله افزایش می دهد.
نانوپوشش های متشکل از نانوذرات اکسید تیتانیوم با جذب طول موج فرابنفش نور خورشید قادر است آلودگی های آلی نظیر هیدروکربن ها را از بین ببرد، و با از بین بردن آلودگی های ناشی از سوخت فسیلی، سطح سلول های خورشیدی را تمیز نگه داشته و مانع کدر شدن آنها گردد.
۵- کاربرد فوتوکاتالیست های مبتنی بر فناوری نانو در سلول های خورشیدی
فوتوکاتالیستبه کاتالیزورهایی گفته میشود که در حضور نور فعال می‌شوند. فوتوکاتالیست‌ها معمولاً اکسیدهای جامد نیمه‌رسانا هستند که با جذب فوتون‌ها یک جفت الکترون-حفرهدر آنها ایجاد میشود. این الکترون-حفره می‌توانند با مولکول‌های موجود در سطح ذرات واکنش دهند. ظرفیت جذب بالای فوتوکاتالیست ها و عملکرد آن ها در معرض نور مرئی و فرابنفش دامنه کاربرد آنها را وسیع تر نموده است.
مشکل عمده فوتوکاتالیست ها را می توان جذب طول موج های کوتاه نور خورشید عنوان نمود. که برای حل این مشکل و جذب طول موج های بلندتر توسط فوتوکاتالیست ها از ترکیب آنها با یکدیگر و استفاده از دو نوع فوتوکاتالیست همزمان بهره می جویند.
علاوه بر این اکثر فوتوکاتالیست ها دارای خاصیت خود تمیزشوندگی و ضد بخار و ضد گرد و غبار دارند که به همین سبب استفاده از آنها در بیرون و بدنه ی سلول های خورشیدی موجب ایجاد محیطی عاری از آلودگی های محیطی و موانع ورود نور به داخل سلول شده و جذب خورشید و بازده سلول را افزایش می دهند.
