محققان موفق شده‌اند با استفاده از یک فرایند الکتروشیمیایی ساده و بهره‌گیری از دانه‌های کوچک پلی‌استایرن، نانوساختارهایی به‌شکل خارپشت دریایی بسازند. این سطوح شاخه‌ای می‌توانند عملکرد ابزارهای فتوولتائیک را بهبود بخشند.
تولید نانوساختارهایی شبیه خارپشت دریایی
محققان Empa موفق شده‌اند با استفاده از یک فرایند الکتروشیمیایی ساده و بهره‌گیری از دانه‌های کوچک پلی‌استایرن، نانوساختارهایی به‌شکل خارپشت دریایی بسازند. تیغ‌های این ساختار از نانوسیم‌های اکسید روی ساخته می‌شود. این سطوح شاخه‌ای می‌توانند عملکرد ابزارهای فتوولتائیک را بهبود بخشند.
فرایندهایی که ویژگی‌های جدیدی به مواد می‌دهند، به‌طور معمول بسیار پیچیده بوده و در نتیجه تکرار آنها بسیار دشوار است. اما این دانشمندان روش جدیدی توسعه داده‌اند که نه تنها با وجود استفاده از مواد اولیه مقرون‌به‌صرفه، نتایج شگفت‌‌انگیزی دارد، بلکه به تجهیزات گران نیز نیازمند نیست.
چارچوب ساده ساخته شده از پلی‌استایرن
این دقیقاً چیزی است که جمیل الیاس و لاتیتیا فیلیپه از آزمایشگاه مکانیک مواد و نانوساختارهای Empa در Thun موفق به انجامش شده‌اند. آنها از کُره‌های پلی‌استایرنی به‌عنوان نوعی چارچوب برای ایجاد نانوساختارهای سه‌بعدی از اکسید روی نیمه‌رسانا استفاده کردند. این دو دانشمند بر این باورند که این سطوح ساختاری منظم و برجسته می‌توانند در ابزارهای الکترونیکی و اُپتوالکترونیکی مختلفی همچون پیل‌های خورشیدی، لیزرهای با طول موج کوتاه، دیودهای نورافشان و نمایشگرهای نشر زمینه مورد استفاده قرار بگیرند.
فرایند تولید این ساختارها بسیار ساده است. ابتدا کُره‌های کوچک پلی‌استایرن با قطر تنها چند میکرومتر روی یک سطح رسانا قرار داده شده و در آنجا به صورت الگوهای منظم جهت‌گیری می‌کنند. پلی‌استایرن ماده‌ای ارزان و فراوان است و به صورت وسیعی در مواد بسته‌بندی یا به شکل انبساطی (فوم) در مواد عایق مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دانه‌های کوچک پلی‌استایرن که به این شکل روی سطح محکم شده‌اند، به‌عنوان الگویی برای نشاندن نانوسیم‌های اکسید روی عمل می‌کنند. جمیل الیاس از یک روش الکتروشیمیایی خاص برای تغییر رسانایی و ویژگی‌های الکترولیتی دانه‌های پلی‌استایرن بهره برده و بدین ترتیب نانوسیم‌های اکسید روی را روی سطح این میکروکُره‌ها رسوب داد. با گذشت زمان، نانوسیم‌های عادی روی سطح دانه‌های پلی‌استایرن تشکیل می‌شوند و پس از تکمیل فرایند رشد نانوسیم‌ها، کُره‌های پلی‌استایرنی حذف می‌شوند تا ساختارهای کُره‌ای توخالی با سیم‌های خارمانند روی آن باقی بماند.
این سطوح ساختاری برای استفاده در ابزارهای فتوولتائیک بسیار مناسب هستند. محققان انتظار دارند که ویژگی تفرق نور این کُره‌ها بسیار عالی باشد. به عبارت دیگر این ساختارها قادر خواهند بود نور بیشتری جذب کرده و در نتیجه بهره تبدیل نور به الکتریسیته در آنها بالا خواهد بود.
جزئیات این تحقیق در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
