وستكون الميزة مهمة لبناء الخلايا الشمسية المكونة من البلورات النانوية، ولاستخدام الطاقة الشمسية لإنتاج وقود سائل نظيف ومتجدد لوسائل النقل،
في تطور يحمل وعداً كبيراً لمستقبل الخلايا الشمسية المكونة من بلورات نانوية، ولاستخدام الطاقة الشمسية لإنتاج وقود سائل نظيف ومتجدد لوسائل النقل، أعلن باحثون من وزارة الطاقة الأمريكية عن طريقة جديدة يتم من خلالها توصيل الكهرباء من بلورات نانوية أسطوانية من أشباه الموصلات الكادميوم- سيلينيد مائة ألف مرة.
"مفتاح نجاحنا هو إنتاج وصلات كهربائية مصنوعة من الذهب في نهايات أسطوانات سيلينيد الكادميوم عن طريق نموها المباشر من طبقة المحلول"، يوضح مركز الأبحاث بول أليفيساتوس. "توفر الاتصالات المشتقة من المحلول واجهة معدنية نانوية بلورية محكمة بدون مواد خافضة للتوتر السطحي أو إضافات أخرى، وعلى عكس الطرق السابقة لإجراء مثل هذه الاتصالات، تحافظ طريقتنا الحديثة على طبيعة شبه الموصلة المتأصلة في البلورة النانوية الأصلية."
وفي ضوء التوقعات بأن الطلب العالمي على الطاقة سوف يتضاعف بحلول عام 2050، بل وربما ثلاثة أضعاف بحلول نهاية القرن الحادي والعشرين، فإن هناك ضرورة ملحة لتطوير تقنيات طاقة مستقرة وخالية من الكربون. ويعتبر استخدام الإشعاع الشمسي لتوليد الكهرباء وكذلك لفصل المياه لتحضير الوقود رؤية لأفضل مصدر للطاقة، وقد تكون البلورات النانوية جزءا أساسيا في تعزيز هذه الرؤية. تعد الموصلية الكهربائية في البلورات النانوية لأشباه الموصلات خاصية أساسية لكل من تقنيات الطاقة الشمسية وخلايا الوقود.
"العمليات العادية لإجراء الاتصالات، التي يتم فيها امتصاص المعدن مباشرة إلى بلورات أشباه الموصلات النانوية، والتي تستخدم اليوم في إنتاج طبقات الرقائق التجارية، تسبب عيوب هيكلية وتفاعلات كيميائية غير مرغوب فيها في السطح البيني بين المعدن وأشباه الموصلات". يلاحظ الباحث. "وبعبارة أخرى، يتكون الجهاز الكهربائي النهائي في الواقع من مادة مختلفة عن البلورة النانوية الأصلية."
ويشير الباحث إلى أنه في حين أن الطرق الكيميائية، مثل إضافة المواد الخافضة للتوتر السطحي، أدت إلى زيادة التوصيل الكهربائي في طبقات صغيرة مكونة من بلورات نانوية صلبة، فإن هذه الطرق غالبا ما تؤدي إلى تغيرات في الخواص الكهربائية لأشباه الموصلات، على سبيل المثال - تغيير المادة من النوع n إلى النوع p، أو تغيرات في كثافتها. علاوة على ذلك، لم تكن الدراسات السابقة قادرة على تفسير سبب زيادة التوصيل الكهربائي، بخلاف الإشارة إلى حقيقة إزالة طبقة الفاعل بالسطح.
في هذه الدراسة، استخدم فريق العلماء قياسات كهربائية لبنية نانوية واحدة لإجراء مقارنة منهجية بين الأسطوانات النانوية سيلينيد الكادميوم ذات الحواف الذهبية وتلك التي لا تحتوي عليها. بدأت عملية إنشاء الحواف بإضافة ملح الذهب إلى محلول من التولوين وسيلينيد الكادميوم لأسطوانات النانو، مما تسبب في الامتزاز الانتقائي لمعدن الذهب حتى أطراف الأسطوانات النانوية. وفي الخطوة التالية، يتم غمر طبقة من السيليكون (المكون الأساسي للرقاقة) في هذا المحلول. بعد تبخير مذيب المحلول (التولوين)، تم الحصول على أسطوانات نانوية فردية من سيلينيد الكادميوم مرتبة على طول أقطاب كهربائية ذهبية تم إعدادها مسبقًا باستخدام الطباعة الحجرية ذات الشعاع الإلكتروني. وكانت النتيجة النهائية هي أجهزة سيلينيد الكادميوم ذات الهيكل الموحد مع نقاط اتصال ذهبية موضوعة على أطرافها.
"تظهر دراستنا أن الأداء المحسن لهياكل سيلينيد الكادميوم ذات الرؤوس الذهبية ينشأ من حاجز شوتكي السفلي وأن الاتصالات المشتقة من المحلول لا تغير التركيب الكيميائي لأشباه الموصلات. بالإضافة إلى ذلك، يوضح بحثنا التطور المتزايد للأجهزة الإلكترونية عالية الجودة التي يمكن الحصول عليها من خلال عمليات التجميع الذاتي، وقدرة هذه العمليات على أن تكون وسيلة ممتازة لتطوير الجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الضوئية باستخدام البلورات النانوية. ".
يقول الباحث الرئيسي: "نعتقد أن نهجنا هو أفضل طريقة لإعداد الأجهزة المستقبلية من البلورات النانوية لأنه يحافظ على طبيعتها شبه الموصلة الأصلية إلى جانب التحكم الاصطناعي الدقيق في إنتاجها".
ووفقا للباحثين، فإن الخطوة التالية في بحثهم ستكون تحديد ما إذا كان التحسن الحاد في السلوك الكهربائي يمكن ترجمته إلى تحسن في إنتاج الطاقة نفسها. في البداية، يعتزم فريق العلماء دراسة استخدام الاتصالات المشتقة من المحاليل في التطبيقات الكهروضوئية.
תגובה אחת
هل يمكنك من فضلك شرح بعض المقالات الموجودة في الموقع بلغة أبسط. لأن هناك قراء (وأنا منهم) يجدون صعوبة في فهم مثل هذه المقالات بسبب المصطلحات العلمية غير المألوفة لديهم.
شكرا.