|
محققان با کمک فناوری‌نانو می‌توانند چگونگی تولید کردن، به دام انداختن،
انتقال دادن، و ذخیره کردن الکترون‌های آزاد با یک ماده، را آزمایش و
کنترل کنند. این خواص در تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته خیلی مهم
هستند. هم‌اکنون محققان چینی و آمریکایی با ترکیب دو روشِ مبتنی بر
فناوری‌نانو برای مهندسی مواد پیل خورشیدی، افزایش بازده پیل‌های
خورشیدی را نوید می‌دهند.
در یکی از این روش‌ها، فیلم‌های نازک نانوذرات اکسید فلزی از قبیل دی
اکسید تیتانیوم آلاییده با عناصر دیگر از قبیل نیتروژن، استفاده می‌شود.
راهبرد روش دوم، به‌کارگیری نقاط کوانتومی است که نور مرئی را به‌شدت
جذب می‌کنند و برای افزایش تبدیل انرژی خورشیدی، الکترون‌ها را داخل یک
فیلم اکسید فلزی تزریق می‌کنند. نانوذرات اکسید فلز آلاییده و نقاط
کوانتومی، هر دو جذب نور مرئی به‌وسیله اکسیدهای فلزی را افزایش می‌دهند.
طبق گفته جین زانگ در دانشگاه کالیفرنیا، ترکیب این دو روش منجر به
تولید مواد پیل خورشیدی می‌شود که بازده آنها نسبت به حالت‌هایی که در
آن از هر دو روش به تنهایی استفاده می‌شود، بهتر است. این گروه
تحقیقاتی به رهبری جین زانگ، یک فیلم نازک آلاییده با نیتروژن و تقویت‌شده
با نقاط کوانتومی را ایجاد کرده‌است. این ماده نانوکامپوزیتی جدید
عملکردی بهتر از دو جزء منفردش ـ به تنهایی ـ دارد.
زانگ گفت:” ما راهبرد جدیدی را کشف کرده‌ایم که می‌تواند برای افزایش
حساسیت نوری و بازده تبدیل پیل‌های خورشیدی مبتنی بر نانومواد، خیلی
مفید باشد. ما ابتدا فکر می‌کردیم که در بهترین حالت، ممکن است نتایجی
به همان خوبی مجموع هر دو به دست آوریم و در صورت دست نیافتن به آن،
نتایج بدتری به دست می‌آوریم؛ اما در کمال تعجب، دیدیم که این مواد
نتایج خیلی بهتری دادند.”
گروه زانگ، این ماده نانوکامپوزیتی جدید را با استفاده از گستره وسیعی
از ابزارها؛ شامل میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) ، میکروسکوپ الکترونی
عبوری(TEM) ، طیف‌بینی رامان و روش‌های الکتروشیمیایی نوری، تعیین
مشخصات کردند. آنها با ذرات دی اکسید تیتانیومی که اندازه متوسط صد
نانومتری داشتند، فیلم‌هایی با ضخامت بین صد و ۵۰ تا هزار و صد نانومتر
را تهیه کردند. در مرحله بعد آنها شبکه دی اکسید تیتانیوم را با
اتم‌های نیتروژن دوپ کردند و پس از آن نقاط کوانتومی سلنید کادمیوم را
به‌صورت شیمیایی به این فیلم‌ها متصل کردند.
ماده هیبریدی به دست‌آمده، مزایایی را داشت: نیتروژن دوپ‌کننده، به این
ماده اجازه جذب گستره وسیعی از انرژی نور، شامل انرژی از ناحیه مرئی
طیف الکترومغناطیسی را می‌داد، همچنین نقاط کوانتومی جذب نور مرئی را
افزایش می‌دادند و جریان نوری و تبدیل توان این ماده را تقویت
می‌کردند.
این گروه گزارش کرد که این نانوکامپوزیت در مقایسه با موادی که فقط با
نیتروژن آلاییده بودند و یا فقط با نقاط کوانتومی سلنید کادمیوم تقویت
شده بودند، عملکرد بالاتری نشان داده‌است؛ هنگامی که عملکرد با
اندازه‌گیری «فوتون تصادمی به بازده تبدیل جریان(IPCE) » تعیین می‌شد.
زانگ گفت: “عملکرد این نانوکامپوزیت سه برابر مجموع عملکردهای دو ماده
دیگر بود که این امر فقط هنگامی می‌تواند اتفاق بیفتد که ما از نفاط
کوانتومی تقویت‌کننده و نیتروژن دوپ‌کننده همزمان استفاده کنیم.”
نتایج این تحقیق در Journal of Physical Chemistry منتشر شده‌است.
|
