ساخت طیف‌سنج نوری جدید با استفاده از نانوفتونیک

پژوهشگران دانشگاه آلاباما موفق شدند با ترکیب فناوری نانوفتونیک با طیف‌سنجی نوری رایج، نوعی طیف‌سنج نوری با قابلیت حسگری و اندازه‌گیری طیف‌نوری بسازند. پژوهشگران دانشگاه آلاباما موفق شدند با ترکیب فناوری نانوفتونیک با طیف‌سنجی نوری رایج، نوعی طیف‌سنج نوری با قابلیت حسگری و اندازه‌گیری طیف‌نوری بسازند.

جونگ پنگ گو، استادیار رشته مهندسی برق و اپتیک این دانشگاه اخیرا دستگاه فتونیک نانومقیاسی ساخته که به ابرنانوساینده موسوم شده است، در این پروژه دانشجوی دکترای ایشان هایشنگ لونگ نیز همکاری داشته است. با ساخت این ابرنانوساینده، گروه تحقیقاتی گو ابزار جدیدی برای حسگری نوری ارائه کرده است که به این دسته تجهیزات، حسگری طیف‌سنجی گفته می‌شود. 

دستگاه‌های طیف‌سنجی رایج می‌توانند طیف‌های نوری را اندازه‌گیری کنند. حسگرهای نوری رایج نیز از نور برای تعیین درصد مواد شیمیایی استفاده می‌کند. حسگر طیف‌سنجی یک طیف سنج نوری است که می‌تواند حسگر شیمیایی نیز باشد این دستگاه قادر است پاسخ‌های نوری را اندازه‌گیری کند. پاسخ‌های نوری معمولا توسط پیوندهای شیمیایی کنترل می‌شود. ساخت اولین سیستم حسگری طیف‌سنجی مجهز به لبه‌های فلزی نانومقیاس اولین بار در سال 2011 در نشریه Optics Letters گزارش شد. ساخت حسگر طیف‌سنجی با حفره‌های نانومقیاس نیز در سال 2012 در نشریه Optics Express گزارش شد.

نانوساختارهای دوره‌ای حاوی نانولبه، ساختارهایی هستند که روی آنها برجستگی‌های نانومقیاسی وجود دارد. از آنجایی که این نانوساختارهای کوچکتر از طول موج نور هستند با چشم غیرمسلح نمی‌توان آنها را دید. اما نور می‌تواند این نانوساختارها را حس کند در طول موج مشخصی، نور جذب این نانوساختارها می‌شود. به این پدیده رزونانس نوری نانوساختاری گفته می‌شود که یک پدیده نوری محسوب می‌شود.

رزونانس نوری نانوساختارها توسط طیف‌سنج نوری اندازه‌‌گیری می‌شود با ایجاد یک الگوی شبکه‌ای نانوساختاری، این تیم تحقیقاتی موفق شدند شبکه‌ای با قابلیت پراش بالا ایجاد کنند. پراش‌های انجام شده توسط این نانوساختار می‌تواند توسط آرایه‌ای از شناساگرهای نوری اندازه‌گیری شود، با این کار دیگر نیازی به طیف‌سنج نوری نیست.

با استفاده از یک پلیمری که دارای قابلیت نگارش با پرتو الکترونی است، می‌توان الگوی مورد نظر را روی آن ایجاد کرد. این پلیمر به‌صورت ماسک عمل می‌کند و با استفاده از فرآیند اچ کردن یونی می‌توان الگوی مورد نظر را از پلیمر به فلز نازک زیرلایه منتقل کرد.

محققان الگوی مذکور را روی فیلم نازک از جنس طلا ایجاد کردند این فیلم روی بستری از جنس شیشه قرار دارد. ضخامت فیلم طلا 60 نانومتر می‌باشد و حفره‌های موجود در آن تقریبا 100 نانومتر است. حفره‌های موجود در سطح این ساختار موجب پلاسمون سطحی می‌شود.

دومین کنفرانس سلول‌های خورشیدی نانوساختار

پژوهشکده نانو دانشگاه صنعتی شریف در راستای فراهم آوردن فضایی مناسب برای بحث و تبادل نظر بین محققان و فناوران عرصه فناوری نانو، دومین همایش «سلول‌های خورشیدی نانوساختار» را در تاریخ 27 مهرماه سال جاری در محل دانشکده فیزیک این دانشگاه برگزار خواهد کرد.

 از جمله اهداف برپایی این همایش یکروزه می‌توان به تعامل بخش دانشگاه و صنعت در زمینه ساخت سلول‌های خورشیدی نانوساختار، معرفی فعالیت‌های صورت گرفته در این زمینه و تعامل محققان و پژوهشگران فعال با شرکت‌های بازرگانی، و ساخت و فروش تجهیزات و شرکت‌های تحقیقاتی اشاره داشت.

 عناوین محورهای در نظر گرفته شده در این همایش به قرار زیر است:

• سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای (Dye Solar Cells)؛

• سلول‌های خورشیدی حساس شده یا مبتنی‌بر نقاط کوانتومی (QD Solar Cells)؛

• سلول‌های خورشیدی آلی و پلیمری؛ و

• سلول‌های خورشیدی لایه نازک.

گفتنی است، در حاشیه برگزاری همایش، نمایشگاهی نیز با حضور شرکت‌های فعال در زمینه تحقیقات و ساخت سلول‌های خورشیدی، برگزار خواهد شد. محققان، پژوهشگران و دانشجویان فرصت دارند چکیده مقالات خود را تا پایان وقت اداری روز 31 شهریور 1391 به دبیرخانه همایش ارسال کنند. لازم بذکر است، دانشجویان به هنگام ثبت‌نام از 50درصد تخفیف برخوردار خواهند شد.

 علاقمندان می‌توانند به منظور ثبت‌نام در دومین همایش «سلول‌های خورشیدی نانوساختار» به پایگاه اینترنتی همایشمراجعه کنند.

تولید بهینه ترین سلول خورشیدی

محققان موفق به پیشرفت دادن فیلم‌های نقاط کوانتومی کلوئیدی (CQD) شدند که منجر به تولید کارآمدترین سلول خورشیدی CQD شد. 
دانشمندان دانشگاه تورنتو و دانشگاه علوم و فناوری ملک عبدالله در عربستان سلول خورشیدی را با استفاده از مواد ارزان‌قیمت تولید کردند که دارای رکورد جهانی 0.7 کارآیی است. 
به گفته «دکتر سوزانا تون» یکی از نویسندگان ارشد این تحقیق، قبلاً سلول‌های خورشیدی نقطه کوانتومی توسط نواحی سطح درونی نانوذرات موجود در فیلم محدود می‌شدند که این امر استخراج جریان الکتریسیته را دشوار می‌کرد. 
موفقیت جدید از ترکیبی از شیمی آلی و غیرآلی برای پوشیدن کامل تمامی سطوح بی‌حفاظ حاصل شده است. 
نقاط کوانتومی نیمه رسانا بوده و اندازه آن‌ها فقط چند نانومتر است و می‌توانند جهت برداشت الکتریسیته از تمامی طیف خورشیدی به کار روند. این طیف شامل تمامی طول موج‌های مرئی و غیرمرئی است. 
بر خلاف تکنیک‌های کنونی و کند رشد نیمه‌رساناها، فیلم‌های CQD می‌توانند همانند رنگ یا جوهر به سرعت و با بهای پایینی تولید شوند. 
این تحقیق که رهبری آن را پروفسور تد سارجنت بر عهده داشت، راه را برای تولید سلول‌های خورشیدی بر روی لایه‌های قابل ارتجاع درست مانند انتشار سریع روزنامه‌ها در مقیاس انبوه هموار می‌کند. 
سلول تولید شده نمایانگر 37 درصد کارایی در مقایسه با سلول‌های رکوردار پیشین است. برای ارتقا کارآیی آن، محققان خواستار یافتن راهی بودند که ازتعداد "تله‌ها" برای الکترون‌های مرتبط با کیفیت سطحی ضعیف بکاهد و همزمان تضمین کند که این فیلم‌ها برای جذب نور تا اندازه‌یی که ممکن است، خیلی متراکم هستند. راه حل آن‌ها طرح «مجهول‌سازی هیبریدی» (hybrid passivation) بود. 
با معرفی اتم‌های کوچک کلر بلافاصله پس از سنتز کردن نقاط، دانشمندان قادر به وصله کردن شکاف‌ها و برآمدگی‌های دور از دسترس پیشین شدند که این امر منجر به ایجاد تله‌های الکترونی شد. آن‌ها سپس از لینکرهای آلی کوتاه برای نزدیک‌تر کردن نقاط کوانتومی واقع در فیلم به یکدیگر استفاده کردند. این تحقیق نشان داد که تبادل لیگاند آلی برای به دست آوردن متراکم‌ترین فیلم‌ها ضروری‌اند. 
گروه تحقیقاتی از شیوه‌های دستگاه تقویت و تسریع ذرات باردار الکترونی به همراه رزولوشن زیرنانومتر برای شناسایی ساختار فیلم‌ها استفاده کردند. این روش همچنین نشان داد که شیوه مجهول‌سازی هیبریدی به متراکم‌ترین فیلم‌ها با نانوذرات با نزدیک‌ترین بسته‌بندی منتج شد. 
این موفقیت مسیرهای متعددی برای تحقیقات آتی و ارتقا کارایی دستگاه‌‌ها پیش روی دانشمندان قرار می‌دهد و همچنین در تولید انرژی خورشیدی قابل اعتماد و با هزینه پایین نقش مهمی را ایفا می‌کند. 
جزئیات این دستاورد در مجله Nature Nanotechnology انتشار یافت.