افزایش کارایی پیل های خورشیدی با استفاده از نانوساختارهایی با لبه کُند
پیش از این دانشمندان دریافته بودند که نانوذرات لبهدار و گوشهدار میتوانند در جذب بیشتر نور در پیلهای خورشیدی کمک کنند. اخیرا یک تیم تحقیقات انگلیسی مدلی ارائه کرده که با استفاده از آن میتوان عملکرد نانوذرات با شکلهای هندسی مختلف را در جذب نور پیشبینی کند. این مدل نشان می دهد که نانوذرات با لبه کُند نیز میتوانند باعث افزایش جذب نور شوند.
یکی از روشهایی که میتواند بازده پیلهای خورشیدی را افزایش دهد، استفاده از لایههای نازک حاوی نانوذرات است. این نانوذرات نور را در جهات مختلف پراش داده و موجب افزایش مقدار جذب نور میشوند. زمانی که نور پلاسمونهای سطح نانوذرات را تحریک میکند، پراش اتفاق افتاده و جذب نور افزایش مییابد.
تا پیش از این محققان از نانوذرات فلزی برای این کار استفاده میکردند که بهجای رزونانس کامل، رزونانس کوانتایز شده دارند. اما در سال2010، جان پندری و همکارانش از امپریال کالج لندن دریافتند که نانوساختارهای لبهدار و گوشهدار از این قاعده مستثناء هستند. چنین ساختاری مانند یکتاییها عمل کرده موجب میشود نور بهصورت کامل رزونانس داشته باشد. از نظر تئوری این نانوساختارهای گوشهدار و لبه دار میتواند جذب نور را در پیلهای خورشیدی افزایش دهد اما در عمل ساخت چنین لبهها و گوشههای کاملی تقریبا محال است.
این تیم تحقیقاتی اخیرا به بررسی این موضوع پرداختند که چرا لبهها و گوشهها موجب رزونانس کامل شده و جذب نور را افزایش میدهند. نتایج تحقیقات آنها بسیار شگفت انگیز بود چون آنها دریافتند که نانوساختارهایی با لبههای کُند نیز میتوانند چنین ویژگی داشته باشند.
برای انجام این تحقیق آنها یک مدل ارائه کردند و با استفاده از آن انواع مختلفی از نانوساختارهای لبه کُند را مورد مطالعه قرار دادند. یکی از مزایای این تحقیق این بود که در آن از یک راهبرد سیستماتیک برای مطالعه نانوساختارها استفاده شده بود. این روش، بسیار عمومی است بنابراین میتوان آن را برای نانوذرات مختلف با شکل هندسی متفاوت بهکار برد.
محققان این گونه توضیح میدهند که افزایش کُندی لبهها بهصورت نمایی موجب کاهش مودهای پلاسمون سطحی میشود. همچنین ضخامت لبه و زاویه نوک لبه میتواند روی خواص جذب نور در این نانوساختارها تاثیر گذارد. این ویژگی در نانوساختارهای دو بعدی کوچکتر از 100 نانومتر نمود بیشتری دارد. نتایج این تحقیق میتواند در بهبود فرآیند تبدیل نور به الکتریسیته در پیلهای خورشیدی تاثیر شگرفی داشته باشد.
این مدل میتواند به درک بهتر خواص نوری نانوساختارهای مختلف کمک کرده و موجب پیشبینی بهتر این خواص شود. با این کار مهندسان میتوانند نانوذرات مناسبتری برای پیلهای خورشیدی طراحی کنند.
آنها نتایج کار خود را در نشریه Physical Review Letters به چاپ رساندند.
منبع: ستاد توسعه فناوری نانو