تبدیل نور خورشید به برق توسط ذرات نانو

الکترونهای موجود در ذرات نانوی فلزات نجیب بی وقفه با فرکانس نور با هم نوسان میکنند. محققین دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد نشان دادند که این پدیده میتواند در ساخت سلولهای خورشیدی بهتر و ارزانتر مورد استفاده قرار گیرد.

سلولهای خورشیدی مولد برق یکی از پر طرفدار ترین جایگزینها به منظور فراهم آوردن سیستم انرژی با ماندگاری طولانیست ، با این وجود تاکنون سلولهای خورشیدی نتوانسته اند از نظر اقتصادی با سوختهای فسیلی رقابت کنند. محققین هم اکنون در حال بررسی این مسئله هستند که چگونه نانو تکنولوژی میتواند در پایین آوردن هزینه ها کمک نماید.

سلولهای خورشیدی از لایه هایی ساخته میشوند که میتواند نور خورشید را جذب کند و آنرا به جریان الکتریسیته تبدیل کند. اگر قابلیت جذب نور خورشید توسط سلولهای خورشیدی بهینه گردد، سلولهای با ضخامت کمتر میتوانند الکتریسیته بیشتر و همچنین ارزانتری را نسبت به سلولهای امروزی تولید نمایند.

یکی از راههای افزایش قابلیت جذب مواد جذب کننده نور در سلول خورشیدی ، استفاده از ذرات نانوی فلزات نجیب است. کارل هاگلاند از دانشگاه چالمرز در پایان نامه دکترای خود که به تازگی به اتمام رسانده به چگونگی این مطلب پرداخته است.

ذرات مذکور خصوصیات ویژه نوری دارند که علت آن الکترونهای آنهاست که با هم به جلو و عقب با بسامدی برابر بسامد نور ، یعنی رنگ نور، نوسان میکنند. این ذرات همانند یک آنتن کوچک نور را میگیرند و با نوسانات خود انرژی را به صورت الکتریسیته منتقل میکنند. این نوسانات ، پلاسمونها ، در بسامد های رزونانس پلاسمون معین بسیار قوی هستند ، که این نوسانات ، خود تحت تاثیر شکل و اندازه ذرات و نیز ذرات مجاور آنهاست.

 کارل هاگلاند در این باره میگوید : " آنچه ما انجام دادیم این است که با استفاده از نانو تکنولوژی این ذرات را تولید نماییم و بنابر این توانستیم خصوصیات این ذرات را مشخص و بررسی کنیم که چگونه میتوانند جذب نور رنگهای مختلف را افزایش دهند."

در ساخت سلولهای خورشیدی ، چالش عمده ، تبدیل با بازده انرژی جذب شده در نوسان الکترون به انرژی الکتریسیته میباشد.

کارل هاگلاند در این باره میگوید : " ما نشان دادیم این دقیقاً نوسانات ذرات است که انرژی را تبدیل مینماید و بررسی نمودیم که چگونه به ماده منتقل و به الکتریسیته تبدیل میشود. این انرژی میتوانست به انرژی دیگری بیانجامد، به طور مثال ، این نوسانات میتوانست به سادگی گرما تولید کند."

در حال حاضر بازدهی بهترین سلولهای خورشیدی بسیار بالاست. این امکان دستیابی به سلولهای خورشیدی حتی بهتر از سلولهای موجود همزمان باعث کاهش مواد مورد استفاده و متعاقباً کاهش هزینه های تولیدی میگردد.

با استفاده از سلولهای خورشیدی خاصی که از ذرات نانوی طلا طراحی شده اند، آنچه که کارل هاگلاند به آن پرداخته ، یک لایه که فقط چند بیلیونیم متر ضخامت دارد کافیست تا ذرات بتوانند نور را با بازدهی مناسبی جذب نمایند.

این پایان نامه تاثیر ذرات نانوی فلزات نجیب را در دو نوع مختلف سلولهای خورشیدی مورد بررسی قرار میدهد ، که میتوان گفت دو کرانه را نمایان میسازد. در یک نوع سلول خورشیدی ، نور در مولکولهای سطح و در نوع دیگر در عمق درونی ماده جذب میشود.

این نتایج تئوری و آزمایشی نشان میدهد که ذرات میتوانند به روشهای مختلف در تبدیل انرژی نور به الکتریسیته مفید کمک نمایند و اینکه با مکانیزمهای متفاوتی میتوان قابلیت جذب سلولهای خورشیدی را هم در سطح و هم در عمق درونی افزایش داد.

این پروژه در چارچوب برنامه تحقیق علوم مواد ( فتو نانو ) انجام گرفته که بودجه آن توسط بنیان سوئدی تحقیقات استراتژیک تامین گردیده است