جستجو در تالارهای گفتگو

کنجکاوی علمی پژوهشگران دانشگاه رایس که بر روی فیزیک بنیادی نانومواد کار می‌کنند به طور غیرمنتظره‌ای سودمند واقع شد و آن‌ها موفق به کشف فناوری جدیدی شدند که می‌تواند صفحه‌های انرژی خورشیدی را به طور رویایی بهبود بخشد. به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از ایسنا، نائومی هالاس، پژوهشگر اصلی این اکتشاف 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 داده‌ایم 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. یک آنتن- دیود نوری برای آشکارسازی فوتون. نمایش یک آنتن تشدیدی واحد روی یک زیرلایه سیلیکونی نوع-n. بیش از یک سوم انرژی خورشیدی در شکل نور فروسرخ به زمین می‌رسد. گروه رایس با اتصال یک نانوآنتن فلزی به سیلیکون که به خصوص این آنتن ریز برای برهمکنش با نور فروسرخ تنظیم شده است، نشان داد که می‌تواند بازه فرکانسی برای تولید الکتریسیته را به فروسرخ گسترش دهد. هنگامی که نور فروسرخ به آنتن می‌رسد موجب تولید «پلاسمون» - موجی از انرژی پخش شده از طریق اقیانوس الکترون‌های آزاد آنتن- ‌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 به طور 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 مجله‌ Science منتشر کرده‌اند.

محققان آلمانی توانسته اند بسامد نور خورشید را تغییر دهند.فرایند تغییر به سمت بالا(up-conversion) در گذشته هم برای نور لیزر انجام می شد اما این محققان برای اولین بار توانستند این فرایند را بر روی نور خورشید انجام دهند. همانطور که می دانید تغییر بسامد نور توسط برخی مواد طبیعی فلورسانس قابل انجام است در این مواد فرایند تغییر به سمت پایین (down-conversion) رخ می دهد به این معنی که نوری با بسامد بالاتر به ماده فلورسانس برخورد میکند و در نهایت نور خروجی از ماده بسامد پایین تری از نور اولیه دارد. در فرایند تغییر به سمت بالا باید انرژی فوتونها با یکدیگر جمع شود به این معنی که دو فوتون با انرژی کم در یک زمان باید جذب یک اتم شوند تا باعث گسیل یک فوتون با انرژی بالاتر شود. از آنجا که این جذب دوگانه باید در یک زمان اتفاق بیافتد، بنابراین برای ایجاد چنین فرایندی چگالی بالایی از فوتونها مورد نیاز است و تنها چشمه ای که چگالی مورد نیاز برای این فرایند را فراهم می آورد لیزرها هستند. با این حال، محققان آلمانی اخیراً فرایند تغییر به سمت بالا را برای چشمه نور خورشید نیز به کار برده اند و از آنجا که سلول های خورشیدی (solar cell) تنها به بخشی از طیف نور خورشید حساسند، به این وسیله میتوان گستره جذب این سلولها را افزایش داده و بازده آنها را بالا برد. فرایند تغییر به سمت بالا برای شدت های کمتر از لیزر مثلاً نور خورشید به این صورت انجام شده است که به جای جذب همزمان دو فوتون توسط یک اتم، محققان از دو اتم برای جذب دو فوتون و ذخیره انرژی آنها برای جمع شدن این انرژی ها در زمان های بعدی استفاده کرده اند. این روش همچنین به بالا بردن بازده فرایند تغییر به سمت بالا در لیزرها هم کمک می کند به طوری که شدت لیزر تغییر به سمت بالا یافته، با این روش تا 100 برابر افزایش می یابد! محققان در این روش یک ماده جذب کننده سبز به نام سنسیتایزر (sensitizer) را با یک پلیمر گسیلنده آبی در در یک محلول مخلوط کردند. سنسیتایزر مولکولی حلقوی شکل با هسته پالادیوم است که می تواند انرژی فوتون جذب شده را در ترازهای برانگیخته ای با طول عمر بالا به نام ترازهای سه گانه (triplet) ذخیره کند. این ترازهای سه گانه ی سنسیتایزر می توانند انرژی خود را به مولکول های گسیلنده منتقل کنند و در نتیجه تولید ترازهای سه گانه ی گسیلنده با طول عمر بیشتری می کنند. انرژی در ترازهای سه گانه به مدت حدود 5 میلی ثانیه ذخیره می شود که بسیار بیشتر از ترازهای معمولی است. هنگامی که دو تا از ترازهای سه گانه ی گسیلنده در محلول به یکدیگر برخورد می کنند یکی از این سه گانه ها می تواند انرژی آن دیگری را گرفته و الکترون برانگیخته شده ی خود را بار دیگر برانگیخته کند و در نهایت با پایین آمدن الکترون دو بار برانگیخته شده به تراز پایه، فوتونی با بسامد بالاتر تولید شود. به این وسیله انرژی دو فوتون فرودی به وسیله ی یک واسطه جمع خواهد شد. محققان حداکثر بازده این روش را 1% بیان کرده اند (یعنی یک فوتون آبی در نتیجه ی برخورد 100 فوتون سبز تولید می شود) این مقدار به نظر کوچک می آید ولی از آنجا که سلول های خورشیدی تنها به بخشی از طیف نور حساسند به این وسیله می توان از فوتون های غیر قابل استفاده نیز در ذخیره ی انرژی خورشیدی استفاده کرد.