ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

جذب امواج مادون قرمز نزدیک برای تولید انرژی در پیل‌های خورشیدی

محققان نشان دادند که پوشش‌دهی نانوذرات با رنگ‌های آلی موجب جذب پرتوهای مادون قرمز نزدیک می‌شود. با این کار پیل‌های خورشیدی حاوی این نانوذرات می‌توانند از امواج مادون قرمز نزدیک برای تولید انرژی استفاده کنند.

دانشمندان موفق به تولید نانوذراتی شدند که قادر به جذب نور مادون قرمز نزدیک بوده و می‌تواند این پرتوهای جذب شده را به‌صورت نور مرئی بازنشر دهد. با این نانوذرات می‌توان پنل‌های خورشیدی ساخت که نور نامرئی را به انرژی قابل استفاده تبدیل کند.

محققان آزمایشگاه ملی لورنس برکلی با استفاده از نوعی رنگ آلی، سطح نانوذرات را پوشش‌دهی کردند. این رنگ همانند آنتن عمل می‌کند و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا خواص نانوذرات مبدل نور را تنظیم کنند. بروس کوهن از محققان این پروژه می‌گوید: «این رنگ‌های آلی قادرند پرتو مادون قرمز نزدیک را جذب کنند.»

بیشتر فناوری‌های خورشیدی روی نور مرئی متمرکز هستند و از جذب امواج مادون قرمز نزدیک عاجزند؛ بنابراین، بخشی از طیف ‌خورشیدی هدر می‌رود. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این رنگ‌ها موجب افزایش کارایی نانوذرات شده و روشنایی بازنشر شده به‌ شدت افزایش می‌دهد.

پیش از این دانشمندان نشان داده بودند که رنگ‌های آلی می‌توانند خاصیت تبدیل نوری یون‌های فلزی لانتانیدی درون نانوبلورها را افزایش دهد. اما این گروه نتوانستند ساز و کار آن را مشخص کنند. اما بررسی‌های بیشتر نشان داد که این رنگ‌ها در اثر تابش امواج مادون قرمز دچار زوال ساختاری می‌شوند. کوهن می‌گوید: «این نتیجه هم جالب و هم کمی گیج‌کننده بود. کسی نمی‌دانست که این رنگ‌ها چگونه با سطح نانوذرات برهم‌کنش می‌دهند.»

در ادامه محققان با انجام آزمایش‌هایی نشان دادند که حالتی به نام حالت سه‌گانه میان رنگ و یون فلز لانتانید سطح نانوذره وجود دارد. دانشمندان موفق شدند میان مقدار نشر نور از رنگ و جذب نور توسط نانوذرات ارتباط مستقیمی پیدا کنند. کوهن می‌افزاید: «پیک جذب نانوذرات و نشر رنگ کاملاً یکسان هستند. این فلزات حالت سه‌گانه را در رنگ‌ها تسریع می‌کند که این موضوع افزایش کارایی و ناپایداری رنگ را توجیه می‌کند.» از آنجایی که این ذرات شفاف هستند، از آن‌ها می‌توان برای پوشش‌دهی سطح پیل‌های فتوولتائیک استفاده نمود.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Nature Photonics به چاپ رسیده است.