افزایش کارایی پیل‌های خورشیدی با استفاده از نانوساختارهایی با لبه کُند

یکی از روش‌هایی که می‌تواند بازده پیل‌های خورشیدی را افزایش دهد، استفاده
از لایه‌های نازک حاوی نانوذرات است. این نانوذرات نور را در جهات مختلف
پراش داده و موجب افزایش مقدار جذب نور می‌شوند. زمانی که نور پلاسمون‌های
سطح نانوذرات را تحریک می‌کند، پراش اتفاق افتاده و جذب نور افزایش می‌یابد.

تا پیش از این محققان از نانوذرات فلزی برای این کار استفاده می‌کردند که
به‌جای رزونانس کامل، رزونانس کوانتایز شده دارند. اما در سال۲۰۱۰، جان
پندری و همکارانش از امپریال کالج لندن دریافتند که نانوساختارهای لبه‌دار
و گوشه‌دار از این قاعده مستثناء هستند. چنین ساختاری مانند یکتایی‌ها عمل
کرده موجب می‌شود نور به‌صورت کامل رزونانس داشته باشد. از نظر تئوری این
نانوساختارهای گوشه‌دار و لبه دار می‌تواند جذب نور را در پیل‌های خورشیدی
افزایش دهد اما در عمل ساخت چنین لبه‌ها و گوشه‌های کاملی تقریبا محال است.

برای انجام این تحقیق آنها یک مدل ارائه کردند و با استفاده از آن انواع مختلفی از
نانوساختارهای لبه کُند را مورد مطالعه قرار دادند. یکی از مزایای این تحقیق این
بود که در آن از یک راهبرد سیستماتیک برای مطالعه نانوساختارها استفاده شده بود.
این روش، بسیار عمومی است بنابراین می‌توان آن را برای نانوذرات مختلف با شکل هندسی
متفاوت به‌کار برد.

محققان این گونه توضیح می‌دهند که افزایش کُندی لبه‌ها به‌صورت نمایی موجب کاهش
مودهای پلاسمون سطحی می‌شود. همچنین ضخامت لبه و زاویه نوک لبه می‌تواند روی خواص
جذب نور در این نانوساختارها تاثیر گذارد. این ویژگی در نانوساختارهای دو بعدی
کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر نمود بیشتری دارد. نتایج این تحقیق می‌تواند در بهبود فرآیند
تبدیل نور به الکتریسیته در پیل‌های خورشیدی تاثیر شگرفی داشته باشد.

این مدل می‌تواند به درک بهتر خواص نوری نانوساختارهای مختلف کمک کرده و موجب
پیش‌بینی بهتر این خواص شود. با این کار مهندسان می‌توانند نانوذرات مناسب‌تری برای
پیل‌های خورشیدی طراحی کنند.

آنها نتایج کار خود را در نشریه Physical Review Letters به چاپ رساندند.