ساخت جدیدترین نانوساختارها برای سلول‌های خورشیدی
مدیریت و استفاده بهینه از نور در تجهیزات الکترواپتیکی از مسائل مهم در حوزه فوتونیک است. لذا طراحی نانوساختارهایی با عملکرد بالای نوری از علاقه مندی‌های فعالان این حوزه است. دکتر محمدحسین مجلس آرا یکی از مجریان این طرح گفت: از جمله اهداف این تحقیق، دستیابی به ساختار جدیدی است که قابلیت پراکندگی نوری منحصر به فردی داشته باشد. علاوه بر این، روش سنتز به کار رفته در ساخت آن آسان و تکرارپذیر باشد و قابلیت کنترل آسان‌تر ضخامت مورد نیاز را در اختیار قرار دهد.
وی با بیان اینکه نانوساختار تهیه شده در این طرح به صورت هسته- پوسته و از جنس سیلیکا-تیتانیا است، افزود: کره‌های سیلیکا-تیتانا در ابعاد طول موج مرئی با قطر سیلیکای ۳۵۰ نانومتر و ضخامت پوسته‌های مختلف ۲۰، ۴۰، ۵۵ و۷۰ نانومتر ساخت و مورد بررسی قرار گرفتند. ضریب شکست بالا و پایداری تیتانا در کنار اندازه یکنواخت ذرات و همینطور پراکندگی همزمان و مؤثرتر ساختار هسته-پوسته، این ذرات را گزینه مناسبی جهت کاربرد در ادوات الکترواپتیکی و آزمایش‌های مربوط به لیزر می‌کند.
به گفته وی، طبق نتایج حاصل از بررسی‌های انجام شده استفاده از این ساختار در یک نمونه از سلول خورشیدی حساس شده با رنگدانه، افزایش ۲۶ درصدی فوتوجریان و ۱۸ درصدی بازده آن را فراهم آورده است. این ساختار علاوه بر افزایش بازده و کارایی ادوات الکترواپتیکی و تجهیزات نوری، منجر به کاهش هزینه‌ی این تجهیزات نیز خواهد شد.
وی خاطر نشان کرد: این ساختار جدید هسته-پوسته به دلیل قابلیت بالای نوری قادر است در جاهایی که نیاز به بازتاب بالای ناحیه نور مرئی است به خوبی عمل کند. به عنوان مثال انواع مختلف سلول‌های خورشیدی، رندوم لیزر، صنعت خودرو و رنگ بخشی از کاربردهای متفاوت آن است.
مجلس آرا عنوان کرد: در این طرح قابلیت پراکندگی نوری در ساختار هسته-پوسته از جنس سیلیکا-تیتانا به صورت سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور نانوساختاری از جنس تیتانیا به روش سنتز استابر (Stober) که بسیار ساده و آسان است، تهیه شده‌اند.
وی با بیان اینکه نتایج آزمون‌های اپتیکی، ضخامت بهینه تیتانا را برای این ساختار معین کرد، افزود: همچنین ساختار تهیه شده به کمک روش‌های EDX، FESEM، FTIR و XRD مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به عنوان نمونه‌ای از کاربرد این ساختار، کره‌ها به عنوان لایه پراکنده‌گر در سلول خوررشیدی نانوساختار حساس شده با رنگدانه مورد استفاده قرار گرفتند. این لایه با جلوگیری از عبور نور از سلول و در نتیجه به دام انداختن آن و افزایش مؤثر مسیر نوری در داخل سلول، موجب افزایش فوتوجریان و در نتیجه بازده سلول خورشیدی شد.
بر اساس اعلام ستاد نانو، کاربرد این نانوساختار در یک نمونه سلول خورشیدی مورد آزمایش، افزایش قابل توجه بازده آن را در پی داشته است. نانوساختار معرفی شده در مقیاس آزمایشگاهی و به روشی ساده و قابل کنترل تهیه شده است.
نتایج این تحقیقات در مجله Optical Materials (جلد ۴۷، شماره ۹، سال ۲۰۱۵، صفحات ۵۱ تا ۵۵) منتشر شده و دکتر محمد حسین مجلس آرا- عضو هیات علمی دانشگاه خوارزمی، سمیرا فلاحت دوست، زینب شعبان و ناهید غضیانی از دانشجویان این دانشگاه در انجام آن همکاری داشته‌اند.
