ساخت آزمایشگاهی نانوساختارهای فوتونیکی با کاربرد در سلول‌های خورشیدی

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از روابط عمومی ستاد نانو، مدیریت و استفاده بهینه از نور در تجهیزات الکترواپتیکی از مسائل مهم در حوزه فوتونیک است و لذا طراحی نانوساختارهایی با عملکرد بالای نوری از علاقه مندی‌های فعالان این حوزه است.

به گفته دکتر محمدحسین مجلس آرا، از جمله اهداف این تحقیق، دستیابی به ساختار جدیدی بوده است که قابلیت پراکندگی نوری منحصر به‌فردی 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.

نانوساختار تهیه شده در این طرح به صورت هسته- پوسته و از جنس سیلیکا-تیتانیا است. کره‌های سیلیکا-تیتانا در ابعاد طول موج مرئی با قطر سیلیکای 350 نانومتر و ضخامت پوسته‌های مختلف 20، 40، 55 و70 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.

طبق نتایج حاصل از بررسی‌های انجام شده استفاده از این ساختار در یک نمونه از سلول خورشیدی حساس شده با رنگدانه، افزایش 26 درصدی فوتوجریان و 18 درصدی بازده آن را فراهم آورده است. این ساختار علاوه بر افزایش بازده و کارایی ادوات الکترواپتیکی و تجهیزات نوری، منجر به کاهش هزینه این تجهیزات نیز خواهد شد.

به گفته این محقق، 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 در ادامه به نحوه تهیه این ساختار پرداخت و 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. نتایج آزمون‌های اپتیکی، ضخامت بهینه تیتانا را برای این ساختار معین کرد. 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».

دکتر محمد حسین مجلس آرا، عضو هیئت علمی دانشگاه خوارزمی، سمیرا فلاحت دوست، زینب شعبان و ناهید غضیانی از دانشجویان این دانشگاه در انجام این تحقیق همکاری داشته‌اند.