یک کنجکاوی علمی به طور غیرمنتظره‌ای سودمند واقع شد؛ هنگامی که پژوهشگران دانشگاه رایس که بر روی فیزیک بنیادی نانومواد کار می‌کنند، موفق به کشف فناوری جدیدی شدند که می‌تواند صفحه‌های انرژی خورشیدی را به طور رویایی بهبود بخشد.
بهبود راندمان پیل خورشیدی با اندازه‌گیری الکترون‌های داغ
یک کنجکاوی علمی به طور غیرمنتظره‌ای سودمند واقع شد؛ هنگامی که پژوهشگران دانشگاه رایس که بر روی فیزیک بنیادی نانومواد کار می‌کنند، موفق به کشف فناوری جدیدی شدند که می‌تواند صفحه‌های انرژی خورشیدی را به طور رویایی بهبود بخشد.
نائومی هالاس، پژوهشگر اصلی، گفت: “ما در حال ترکیب آنتن‌های نانومقیاس با الکترونیک نیمه‌رساناها هستیم. هیچ روش عملی برای آشکارسازی مستقیم نور فروسرخ با سیلیکون وجود ندارد، ولی ما نشان داده ایم که با برقراری ارتباط بین نیمه‌رسانا و یک نانوآنتن این امر ممکن خواهد بود. انتظار داریم که این تکنیک در وسایل علمی برای آشکارسازی نور فروسرخ و ساخت سلول‌های خورشیدی پربهره مورد استفاده واقع شود.”
بیش از یک سوم انرژی خورشیدی در شکل نور فروسرخ به زمین می‌رسد. گروه رایس با اتصال یک نانوآنتن فلزی به سیلیکون، که بخصوص این آنتن ریز برای برهمکنش با نور فروسرخ تنظیم شده است، نشان داد که می‌تواند بازه فرکانسی برای تولید الکتریسیته را به فروسرخ گسترش بدهد. هنگامی که نور فروسرخ به آنتن می‌رسد موجب تولید “پلاسمون” – موجی از انرژی که از طریق اقیانوس الکترون‌های آزاد آنتن پخش می‌گردد – می‌شود. مطالعه پلاسمون‌ها یکی از تخصص‌های این گروه تحقیقاتی است.
معلوم شده است که پلاسمون‌ها واپاشی می‌شوند و از دو طریق انرژی خود را از دست می‌دهند؛ آنها یا یک فوتون نوری گسیل می‌کنند یا انرژی نور را به گرما تبدیل می‌کنند. فرایند گرمایشی هنگامی شروع می‌شود که پلاسمون انرژی خود را به یک الکترون واحد – یک الکترون داغ – منتقل کند. این پژوهشگران آزمایشی را طراحی کردند تا بطور مستقیم الکترون‌های داغ ناشی از واپاشی پلاسمون را آشکارسازی کنند.
با نقش‌دهی مستقیم یک نانوآنتن فلزی روی یک نیمه‌رسانا برای خلق یک “سد شاتکی”، این گروه نشان داد که نور فروسرخی که با آنتن برخورد می‌کند می‌تواند منجر به الکترون داغی شود که قادر به جستن از سد و تولید یک جریان الکتریکی است. این اتفاق برای نور فروسرخ در فرکانس‌هایی رخ می‌دهد که در صورت عدم وجود این آنتن بطور مستقیم از داخل افزاره عبور می‌کنند.
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Science منتشر کرده‌اند.
