دانشمندان از مدل جدیدی برای طراحی یک
نانوکامپوزیت متشکل از مس، نقره، و طلا جهت استفاده در پیل‌های خورشیدی
استفاده کرده‌اند. این نانوکامپوزیت‌ها که به راحتی می‌توان آنها را روی
پیل‌های خورشیدی ساخته شده از سیلیکون روکش‌دهی نموده، می‌توانند به طور
بهینه‌ای برای نور خورشید تنظیم شوند و بنابراین کارایی جذب نور این
ابزارها را تا حد زیادی افزایش دهند.
داستین تریس از دانشگاه واشینگتن در سنت لوئیس و محقق اصلی این پژوهش می‌گوید:
«پاسخ نوری نانوکامپوزیت‌های ساخته شده از دی‌الکتریک‌های (همانند شیشه)
حاوی نانوذرات فلزی جالب و مهم است. مثلاً رنگ‌های جذاب مصنوعات شیشه‌ای
باستانی ناشی از جذب قوی طیف خاصی از نور توسط نانوذرات فلزی موجود در این
شیشه‌ها می‌باشد».
این فرایند که جذب پلاسمونی نامیده می‌شود به خوبی مطالعه شده است و اکنون
دانشمندان می‌دانند که نوع فلز، اندازه، شکل، و غلظت ذرات، همه در ویژگی‌های
نوری ماده حاصل تأثیر می‌گذارند. با این حال تاکنون هیچ روش ساده‌ای برای
پیش‌بینی رفتار نوری کامپوزیت‌های حاوی چنو نوع فلز وجود نداشته است.
اوایل امسال هرنادو گارسیا از دانشگاه ایلینویز جنوبی و همکارانش در
دانشگاه واشینگتن یک مدل ساده و موثر برای پیش‌بینی دقیق پاسخ نوری
کامپوزیت‌های سه‌گانه (یعنی شیشه حاوی دو فلز) توسعه داده و از این طریق
پیشرفت بزرگی در این عرصه ایجاد نمودند.
این مدل که در مجله Phys. Rev. B منتشر شد، به آنان این امکان را می‌داد که
تعدادی از اجزای مختلف را باهم ترکیب نموده و عملکرد موثر دی‌الکتریک
کامپوزیت حاصل را پیش‌بینی کنند. حال این محققان گام دیگری به پیش رفته و
از قوانین مخلوط کردن خود برای طراحی یک شیشه جذب‌کننده خورشیدی پلاسمونیک
بهینه شده حاوی سه فلز استفاده نموده‌اند.
رامکی کالیانارامان از دانشگاه واشینگتن توضیح می‌‌دهد: «یکی از مراحل
کلیدی در به دام انداختن موثر انرژی خورشیدی، جذب انرژی خورشیدی ساطع شده
تا حد امکان می‌باشد. از آنجایی که نشر خورشیدی در محدوده بسیار وسیعی از
طیف نوری می‌باشد، هدف اولیه ما این بود که شیشه‌ای طراحی نماییم که در
تمام محدوده نور مرئی تابش را جذب نماید».
محققان از طریق شناسایی فلزاتی که جذب پلاسمونیک آنها در طول موج‌های مختلف
نور مرئی بود، به این هدف دست یافتند. آنها دریافتند که طلا (که طول موج
اطراف ۴۰۰ نانومتر را جذب می‌کند)، نقره (۵۰۰نانومتر) و مس (که یک پیک جذبی
وسیع اطراف ۶۴۵ نانومتر دارد) برای این منظور مناسب می‌باشند. بنابراین
آنان تصمیم گرفتند این سه فلز را با استفاده از مدل رایانه‌ای خود در یک
شیشه سیلیکونی وارد نمایند.
این محققان غلظت هر فلز و اندازه ذرات هریک را با استفاده از یک الگوریتم
بهینه‌سازی جهانی شبیه‌سازی‌شده به دست آوردند تا یک جذب وسیع را که با
منحنی نشر خورشیدی همخوانی دارد، به دست آورند.
|
