شناسایی پتانسیل‌های جدید برای بهره‌گیری از نور خورشید

شناسایی پتانسیل‌های جدید برای بهره‌گیری از نور خورشید

محققان برای اولین بار به یک مکانیزم باریک‌سازی شکاف باند با محدودسازی کوانتومی دست یافته‌اند که در آن جذب پرتوهای فرابنفش از ذرات کوانتومی گرافنی و نانوذرات TiO2 را به راحتی می‌توان به محدوده نور مریی گسترش داد. چنین سازوکاری شاید بتواند در طراحی یک کلاس جدید از مواد کامپوزیتی برای بهره‌برداری از نور و همچنین الکترونیک نوری مفید واقع شود. خانم دکتر شین لی (Qin Li)، دانشیار مرکز مهندسی و مرکز میکرو و نانوفناوری محیط زیست کوئینزلند در این باره می‌گوید:

از کاربردهای این یافته‌ها در زندگی واقعی می‌توانیم به ساخت سلول‌های خورشیدی قابل رنگ‌آمیزی با راندمان بالا و تصفیه‌ی آب با استفاده از نور خورشید اشاره کنیم.

وی همچنین اظهار می‌کند:

در هر جایی که نور خورشید به مقدار کافی وجود داشته باشد، ما می توانیم از تماس این نانومواد برای بهر‌ه‌برداری از انرژی خورشیدی به منظور ایجاد آب تمیز استفاده کنیم.

این مکانیزم می‌تواند برای بهره‌گیری مناسب از نور، بسیار قابل توجه باشد. نکته‌ی مهم‌تر این است که ما به یک روش آسان نیز برای رسیدن به این هدف دست یافته‌ایم. ما این کار را با تبدیل یک ماده‌ی جاذب پرتوهای فرابنفش به یک جذب‌کننده نور مریی با استفاده از فرایند باریک‌‌سازی شکاف باند انجام می‌دهیم.

نور مریی تا ۴۳ درصد از انرژی خورشیدی را تشکیل می‌دهد که این مقدار در مقایسه پرتوهای فرابنفش که تنها ۵ درصد انرژی خورشیدی را به خود اختصاص می‌دهند مقدار قابل توجهی محسوب می‌شود.

تا کنون تلاش‌های زیادی برای بهبود جذب نور مریی توسط تیتانیا (نامی مصطلح برای تیتانیوم دی‌اکسید) و یا توسعه‌ی مواد حساس به نور مریی در حالت کلی صورت گرفته‌اند. روش‌های مورد استفاده برای تیتانیا از جمله تلغیظ یا دوپینگ (ناخالص‌سازی) یون فلز، دوپینگ کربن، دوپینگ نیتروژن تغلیظ و هیدروژنیزه کردن معمولا برای به دست آوردن TiO2 نیاز به شرایط سخت نیاز دارند؛ شرایطی همچون دمای بالا و یا فشار بالا.

گروهی از پژوهشگران مقاله‌‌ای نوآورانه‌ از خود درباره‌ی این موضوع را در ژورنال کمیکال کامیونیکیشنز (Chemical Communications) متعلق به انجمن سلطنتی شیمی به انتشار رسانده‌اند. آنها در پژوهش‌های خود به این نتیجه رسیده‌اند که وقتی ذرات TiO2 با ذرات کوانتومی گرافنی مخلوط می‌شوند، کامپوزیت به دست آمده از این فرایند نور مریی را با یک مکانیزم باریک‌سازی نوار ممنوعه با محدودسازی کوانتومی جذب می‌کند. دکتر لی در ادامه توضیح می‌دهد که:

ما واقعا از کشف این پدیده هیجان زده شدیم؛ وقتی که دو ماده‌ی جاذب پرتوهای فرابنفش یعنی TiO2 و ذرات کوانتومی گرافنی با هم مخلوط شدند، در ادامه آنها شروع به جذب پرتوها در محدوده‌ی قابل مشاهده کردند. نوار ممنوعه را به طور بسیار چشگیرتری می‌توان با اندازه‌ی ذرات کوانتومی گرافنی تنظیم کرد.

ما این پدیده را پدیده‌ی «باریک‌سازی نوار ممنوعه با محدودسازی کوانتومی» نامیده‌ایم. این مکانیزم ممکن است برای تمام نیمه‌هادی‌ها در صورتی که آنها با ذرات کوانتومی گرافنی مرتبط باشند، قابل اجرا باشد. تنظیم انعطاف‌پذیر شکاف باند در دستگاه‌های مبتنی بر نیمه‌هادی‌ها بسیار مطلوب است.

گفتنی است که این پژوهش به عنوان کار برگزیده برای قرار گرفتن روی کاور این ژورنال انتخاب شده است. کار پژوهشی دیگری نیز از این تیم که روی مکانیزم خاصیت فلورسانس ذرات کوانتومی گرافنی انجام شده بود، به تازگی در ژورنال نانو اسکیل (Nanoscale) به انتشار رسیده است.