استفاده از پدیده‌ی پلاسمونیک برای افزایش کارایی پیل‌‌های خورشیدی

پژوهشگران آمریکایی موفق شدند با استفاده از چند لایه‌ی نازک بر روی پیل‌های خورشیدی کارایی آنها را افزایش دهند. یکی از این لایه رنگ جذب‌کننده‌ی نور بوده و لایه‌ی دیگر پوشش نقره است که موجب افزایش ماندگاری پرتو در سطح سلول خورشیدی می‌شود. از نانوبرامدگی‌ها برای تولید امواج پلاسمونیک استفاده شده‌است.

پژوهشگران آمریکایی موفق شدند با استفاده از چند لایه‌ی نازک بر روی پیل‌های
خورشیدی کارایی آنها را افزایش دهند. یکی از این لایه رنگ جذب‌کننده‌ی نور بوده و
لایه‌ی دیگر پوشش نقره است که موجب افزایش ماندگاری پرتو در سطح پیل خورشیدی
می‌شود. از نانوبرامدگی‌ها برای تولید امواج پلاسمونیک استفاده شده‌است.

در مقاله‌ای که اخیراً محققان دانشگاه استفورد و EPFL در نشریه‌ی Advance Energy
Materials به چاپ رسانده‌اند، نویسندگان آن خبر از تولید یک پیل خورشیدی جدید
داده‌اند. آنها موفق شده‌اند تا با استفاده از پلاسمونیک‌ – شاخه‌ی جدیدی از علم-
نور را با بهره‌ی بیشتری در سطح پیل خورشیدی به دام بیندازند و با این کار عملکرد
این پیل‌ها را بهبود دهند. به اعتقاد مک‌گی‌هی، استادیار دانشگاه استنفورد و مدیر
CAMP، پلاسمونیک موجب می شود تا کارایی پیل‌های خورشیدی به‌سادگی افزایش یابد. با
استفاده از پلاسمونیک می‌توان نور را در لایه‌های نازک‌تر به دام انداخت. با
نازک‌تر شدن فیلم‌ها، ذرات باردار به الکترود‌ها نزدیک‌تر می‌شوند و در نتیجه
الکترون‌های بیشتری می‌توانند به الکترود رسیده و تولید جریان کنند.

پلاسمونیک، مطالعه‌ی برهم‌کنش نور و فلز است. در یک شرایط خاص، این برهم‌کنش منجر
به تولید جریان با فرکانس بالایی شده و به جای تولید ذرات الکترون، امواج الکتریکی
ایجاد می‌کند. این امواج الکتریکی با سرعت بالایی به حرکت درمی‌آیند.

پژوهشگران به فکر ایجاد الگوهایی روی سطح فلز افتادند. آنها خمیری – از جنس
تیتانیا، یک فلزی نیمه‌متخلخل که نسبت به نور شفاف است- را روی یک سطح شفاف رسانای
الکتریکی قرار دادند و سپس با استفاده از یک قالب روی این سطح را الگودهی کردند و
پس از آن روی این سطح را با یک رنگ حساس به نور آغشته کرده و برای سفت شدن روی آن
یک لایه از جنس نقره قرار دادند. در نهایت سطحی با برامدگی‌های نانومقیاس به وجود
آمد.

این ساختار دو مزیت دارد: اول اینکه همانند یک آیینه، نور‌های جذب‌نشده را به‌سمت
رنگ‌های دیگر متفرق می‌کند تا جذب آنها شود، دومین مزیت آن است که نور با نقره
برهم‌کنش داده و تولید اثر پلاسمونیک می‌کند. نانوبرامدگی‌ها اثر بسیار مهمی دارند
به طوری که بدون وجود آنها اثر دلخواه ایجاد نمی‌شود. برای أثیر بهینه‌ی نور، باید
این برامدگی‌ها ارتفاع، عرض و فواصل کاملاً مشخصی داشته باشند.

ساز و کار عمل این گونه است که نور وارد بخش شفاف شده، از آن عبور می‌کند و به
رنگ‌ها می رسد. این رنگ‌ها نور را جذب کرده و بخشی از آن که جذب نشده به سطح نقره
برخورد کرده و منعکس می‌شود و در مسیر دوباره به رنگ‌ها برخورد می‌کند. بخشی از این
پرتوها نیز با برخورد به نانوبرامدگی‌ها تولید امواج پلاسمونیک می‌کند که می‌توان
گفت در این پروژه اولین پیل خورشیدی حاوی رنگ پلاسمونیک ساخته شده‌است.