بهبود راندمان پیل خورشیدی با اندازه‌گیری الکترون‌های داغ

[سمندون 19437]

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.