تازه های فناوری نانو (7)
همان طور که می دانیم فناوری نانو هنر دستكاری مواد در مقیاس اتمی یا مولكولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میكروسكوپی می باشد. طی سال‌های گذشته، محققان ازنانوذرات برای جذب نور و افزایش بازده پیل‌های خورشیدی استفاده کرده‌اند. اخیرا پژوهشگران یک گام دیگر به جلو برداشته و ثابت کرده‌اند که برخی نانو ذرات می‌توانند بازده پیل‌های خورشیدی راتا50 درصد افزایش دهند. در این مطلب در ادامه قسمت های (1) و (2) و (3) و (4) و (5) و (6) به بعضی از پژوهش های انجام شده در این زمینه می پردازیم.
ارائه روشی برای تولید پیل‌های خورشیدی نازک‌تر، سبک‌تر و ارزان‌تر
براندون مک دونالد با همکاری گروه‌هایی از مرکز CSIRO و دانشگاه ملبورن استرالیا موفق به ساخت پیل خورشیدی بسیار نازکی شدند که قابل چاپ و انعطاف‌پذیر بوده و همچنین می‌تواند هزینه انرژی تجدیدپذیر را به شدت کاهش دهد.در این فناوری که به‌صورت پتنت ثبت شده است، از جوهرهای حاوی نانوبلورهای نیمه‌هادی بسیار کوچک استفاده شده است. این جوهرها می‌توانند مستقیما روی سطوح مختلف بنشینند. اگر ترکیب مناسبی از جوهر و سطح انتخاب شود آنگاه می‌توان پیل‌های خورشیدی کارا با استفاده از هزینه بسیار کم تولید کرد.
براندون مک دونالد می‌گوید: مشکل پیل‌های خورشیدی رایج این است که برای تولید آنها نیاز به انرژی و فرآیندهای پیچیده‌ای است که در نهایت تولید آنها را بسیار پر زحمت می‌کند. اما با استفاده از این جوهرهای نانوبلوری می‌توان یک روش مستمر را برای تولید پیل خورشیدی ارائه کرد. در چنین روشی خروجی تولید بسیار بالا بوده در حالی که هزینه تولید پیل خورشیدی به شدت کاهش خواهد یافت.
نانوبلورها، که نقاط کوانتومی شهرت دارند، ذرات نیمه‌هادی هستند که دارای قطری بین چند میلیونیوم تا چند میلیمتر هستند. از آنجایی که ابعاد این ذرات بسیار کوچک است بنابراین می‌توانند درون محلول به‌صورت معلق باقی بمانند.
این محلول را می‌توان روی مواد مختلف نظیر پلاستیک‌ها یا فویل‌های فلزی نشست داد و سپس آنها را خشک کرده و به‌صورت فیلم نازک در می‌آورند.
براندون مک دونالد و همکارانش دریافتند که با استفاده از لایه نشانی به‌صورت چند لایه توسط نانوبلورها، آنها قادر خواهند بود که هرگونه آسیب بوجود آمده روی لایه‌ها که در طی فرآیند خشک کردن ایجاد می‌شود را پر کنند. نتیجه کار، یک فیلم متراکم و یکنواخت است که برای پیل‌های خورشیدی سبک ایده‌آل است.
یك گروه تحقیقاتی به رهبری جان زو از آزمایشگاه ملی اِوك ریدج با ساخت پیل خورشیدی مبتنی بر نانومخروط سه بعدی راندمان تبدیل نور به توان فوتوولتائیك را تا نزدیك 80 درصد رسانده است.
این فناوری در حقیقت بر مشكل انتقال ضعیف بارهای تولید شده بوسیله فوتون‌های خورشیدی غلبه می‌كند. این بارها (الكترون‌های منفی و حفره‌های مثبت) معمولا بوسیله نقایص در مواد توده‌ای و فصل‌مشترك‌شان بدام می‌افتند؛ و این پدیده منجر به افت عملكرد می‌شود.
پیل خورشیدی مبتنی بر نانومخروط شامل نانومخروط‌های نوع n، اكسید رسانای شفاف (TCO) ماتریس نوع p و بستر شیشه‌ای.
زو گفت: برای حل مشكل مربوط به بدام‌افتادن بارها كه راندمان پیل خورشیدی را كاهش می‌دهد، ما یك پیل خورشیدی مبتنی بر نانومخروط ساختیم؛ روش‌هایی برای سنتز این پیل‌ها ابداع كردیم و راندمان مجموعه بار اصلاح شده را شرح دادیم.
این ساختار خورشیدی جدید شامل نانومخروط‌های نوع N است كه بوسیله یك نیمه‌رسانای نوع p احاطه شده‌اند. این نانومخروط‌های نوع N از اكسید روی ساخته می‌شوند و بعنوان چارچوب اتصال و رسانای الكترون استفاده می‌شوند. ماتریس نوع p نیز از تلورید كادمیوم چندبلوری ساخته می‌شود و بعنوان محیط جاذب اولیه فوتون و رسانای حفره استفاده می‌شود.
زو و همكارانش با این راهبرد در مقیاس آزمایشگاهی قادر شدند كه به راندمان تبدیل نور به توان سه و دو دهم درصدی برسند كه از راندمان یك و هشت دهم درصدی ساختار مسطح مرسوم این ماده بیشتر است.
زو گفت: ما برای تهیه یك توزیع میدان الكتریكی ذاتی، ساختار سه بعدی طراحی كردیم، بطوری كه انتقال موثر بار و راندمان بالا در تبدیل انرژی از نور خورشید به الكتریسیته را تقویت می‌كند.
برجستگی‌های مهم این ماده خورشیدی عبارتند از: توزیع میدان الكتریكی بی‌نظیرش كه منجر به انتقال موثر بار می‌شود؛ سنتز نانومخروط‌ها با استفاده از روش‌های ویژه ارزان؛ و حداقل نقایص و فضاهای خالی در نیمه‌رساناها
زو گفت : نكته مهم در اختراع ما این است كه شكل نانومخروطی، میدان الكتریكی بالایی در مجاورت نوك تولید می‌كند كه باعث جداسازی، تزریق و جمع‌آوری موثر بارهای كوچك می‌شود و درنتیجه در مقایسه با یك پیل مسطح مرسومِ ساخته شده با همان ماده، منجر به راندمان بالاتری می‌شود.
این محققان جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در دو مقاله تحت عناوین "انتقال موثر بار در پیل‌های خورشیدی فیلم – نوك نانومخروطی" و "پیل‌های خورشیدی نانواتصال مبتنی بر فیلم‌های CdTe چندبلوری رشدیافته روی نانومخروط‌های ZnO" "در IEEE Proceedings منتشر كرده‌اند.
فناوری نانو تقویت سلول های خورشید ی رافراهم کرده است
یك تحقیق كه به تازگی انجام شده است، نشان می‌دهد كه با جایگزین كردن نواری از نانو لوله‌های كربنی به جای یكی از دو لایه‌ای كه معمولا در یك سلول خورشیدی استفاده می‌شود می‌توان با صرف هزینه اندكی عملكرد این سلول را تقویت كرد.
محققان روش شگفت آوری كشف كرده‌اند كه می‌تواند خواصی را كه نانو لوله ها به این منظور لازم دارند به آنها بدهد.
در حال حاضر، نوعی سلول‌های خورشیدی كه سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ نامیده می‌شوند یك نوار شفاف از جنس اكسید دارند كه روی شیشه كشیده شده است و برق را عبور می‌دهد. نوار دیگری نیز از جنس پلاتین وجود دارد كه مانند یك كاتالیست موجب تسریع فعل و انفعالات شیمیایی می‌شود
جسیكا ترانسیك از موسسه سانتا فه ، اسكات كالابریز بارتون از دانشگاه ایالتی میشیگان و جیمز هون از دانشگاه كلمبیا تصمیم گرفتند تا از نانولوله‌های كربنی برای ایجاد یك لایه واحد استفاده كنند كه بتواند كار هر دو لایه اكسیدی و پلاتینی را انجام دهد .برای این منظور محققان نیاز داشتند كه این لایه واحد سه خاصیت، شفافیت، رسانایی و فعالیت كاتالیستی را داشته باشد.
نوارهای معمولی نانولوله‌ها ی كربنی، اندكی از این سه خواص را دارند.روش‌های معمول برای تقویت یكی از این خواص باعث از بین بردن یك خواص دیگر می‌شود.برای مثال ضخیم تر كردن این نوار آنرا كاتالیست بهتری می‌كند اما در مقابل، از شفافیت نوا می‌كند.تئوری قبلی نشان داده بود، زمانیكه مواد نقص‌های ریز و كوچكی داشته باشند احتمالا كاتا لیست‌ها ی بهتری خواهند بود و مكان‌هایی را برای چسبیدن مواد شیمیایی فراهم می‌كاهد.
از این رو محققان تلاش كردند تا نانولوله‌های كربنی را در معرض ازن قرار دهند.ازن اندكی به این لوله‌ها صدمه می‌زند.
محققان دریافتند كه نوارهای بسیار نازك، كاتالیست‌های بسیار بهتری می شوند بطوریكه عملكرد آنها بیش از 10برابر افزایش می‌یابد.محققان به منظور رسیدن به حد وسط شفافیت و رسانایی نانولوله‌های كربنی بلندتری ساختند. این خاصیت موجب تقویت رسانایی و شفافیت این لوله‌ها شد.نوارهای نانو لوله كربنی را می‌توان در پیل‌های سوختی و باتری‌ها استفاده كرد.محققان نتایج خود را در گزارش‌های نانو منتشر كردند.
فرآوری: مریم نایب زاده
بخش دانش و زندگی تبیان
منبع:
ماهنامه فناوری نانو
nano,hupaa
