تولید برق از نور با نانوذرات پرانرژی

الکترون‌ها در نانوذرات فلز«نوبل» با فرکانس‌ نور با یکدیگر نوسان‌های سریعی دارند. از این پدیده می‌توان برای تولید بهتر و ارزان‌تر سلول‌های خورشیدی استفاده کرد. دانشمندان در دانشگاه «تکنولوژی چالمرز» (Chalmers Technology) در سوئد این مسأله را مورد بررسی قرار می‌دهند.

تولید برق از سلول‌های خورشیدی یکی از جذاب ترین موارد برای تولید انرژی بلند مدت برای یک سیستم تولید انرژی است. ولی سلول‌های خورشیدی نمی‌توانند از نظر اقتصادی گوی رقابت را از سوخت‌های فسیلی بربایند. محققان هم‌اکنون به دنبال نقش نانوفناوری در کاهش هزینه‌های آن هستند.

به گزارش «ساینس دیلی» (Science Daily) سلول‌های خورشیدی از لایه‌هایی تشکیل شده اند که نور خورشید را جذب و به جریان برق تبدیل می‌کنند. سلول‌های نازک تر هم می‌توانند ارزان‌تر هم بیش‌تر از سلول‌های کنونی مورد استفاده قرار گیرند. اگر ظرفیت در جذب نور بالا‌تر برود و بهینه شوند.

یکی از راه‌های فراهم کردن جذب ذرات خورشیدی در سلول خورشیدی، استفاده از نانوذرات فلز «نوبل» است. «کارل هاگلند» (Carl Haglland) در دانشگاه چالمرز در رساله‌ی دکترا خود به چگونگی انجام این کار پرداخته است.

ذراتی که ویژگی‌های اُپتیکی خاصی دارند، الکترو‌ن‌های آنها با یکدیگر درحال نوسان با فرکانس (رنگ) نور هستند؛ ذرات نور را درست مثل یک آنتن می‌گیرند و بوسیله‌ی نوسان‌های انرژی به‌صورت برق از آن می‌گذرد. این نوسان‌های، پلاسمون‌ها در فرکانس تشدید پلاسمون‌، بسیار قوی هستند. این فرکانس به شکل، اندازه و محیط ذرات بستگی دارد.

کارل هاگلند می‌گوید: «کاری که ما انجام می‌دهیم، استفاده از نانوذرات برای تولید ذرات است و قادر خواهیم بود ویژگی‌های آن‌ها را مشخص کنیم و ببینیم چگونه می‌توانند جذب نور را در رنگ‌های مختلف انجام دهند. در سلول های خورشیدی چالش اصلی تبدیل مؤثر انرژی است که در نوسان الکترون جذب شده و به‌صورت برق درمی‌آید.

نور می‌تواند با تشدید پلاسمون‌ در نانوذرات به برق تبدیل شود. (A) میدان در فاصله‌ی دور که مسیر اُپتیکی را در سلول افزایش می‌د‌هد. (B)  میدان در فاصله‌ی نزدیک تبدیل انرژی را در سلول خورشیدی تقویت می‌کند. (C) تولید انرژی حامل‌های بار را که از سلول خورشیدی عبور می‌کنند غنی می‌کند.

وی می‌افزاید:«ما دقیقاً نشان دادیم که نوسان‌های ذراتی که انرژی کسب می‌کنند، چگونه به ماده منتقل و تولید برق می کند. برای مثال باید نشان داده شود که نوسان‌های به‌راحتی خود تولید گرما نیز می‌کنند.»

امروزه تأثیر بهترین‌سلول‌های خورشیدی بسیار زیاد است. امکان دست‌یابی به سلول های بهتر در استفاده از مواد کم‌تر و پایین آوردن قیمت است.

در سلول‌های خورشیدی با طراحی خاص برای نانوذرات طلا، که هاگلند نیز از همین روش استفاده می‌کند، یک لایه فقط چند نانومتر ضخامت دارد. این دقیقاً همان راهی است که باعث جذب مؤثر نور می‌شود.

در این رساله تأثیر نانوذرات در فلز نوبل بر روی دو نوع سلول خورشیدی مورد آزمایش قرار گرفت که در واقع دو حد مرزی بودند. در یکی نور در مولکول‌های سطح و در دیگری در عمق مواد جذب می‌شود.

نتایج نظری و تجربی نشان می‌دهند که این ذرات می‌توانند در تبدیل انرژی نور به برق در روشهای مختلف کمک کند و این با جذب در سلول‌های خورشیدی هم در سطح هم در عمق به‌وسیله‌ی مکانیسم‌های مختلف امکان پذیر است.