مكعبات الفضة النانوية لتطوير الخلايا الشمسية

اكتشف الباحثون في جامعة ديوك أن المكعبات المعدنية المجهرية قد يكون لها إمكانات كبيرة لامتصاص الضوء، وهي خاصية ستؤدي إلى تطوير ماصات واسعة النطاق أكثر كفاءة وأرخص لأجهزة الكشف أو الخلايا الشمسية.

اكتشف الباحثون في جامعة ديوك أن المكعبات المعدنية المجهرية قد يكون لها إمكانات كبيرة لامتصاص الضوء، وهي خاصية ستؤدي إلى تطوير ماصات واسعة النطاق أكثر كفاءة وأرخص لأجهزة الكشف أو الخلايا الشمسية.

المواد الخارقة هي مواد من صنع الإنسان لها خصائص غير موجودة في المواد الطبيعية. لقد تم بناؤها بطريقة تؤدي إلى تحكم غير عادي في الموجات، مثل أشعة الضوء. لا يزال إنتاج هذه المواد المناسبة للضوء المرئي يمثل تحديًا تكنولوجيًا يتم تحقيقه عادة عن طريق طريقة الطباعة الحجرية، حيث يتم نقش أنماط معدنية في مادة خاملة، على غرار الطابعة النافثة للحبر. على الرغم من فعالية هذه الطريقة في إنتاج مثل هذه الهياكل، فإن طريقة الطباعة الحجرية لها قيود كبيرة - فهي مكلفة للغاية وبالتالي من الصعب جدًا نقلها إلى نطاق الهياكل الواسعة المطلوبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات.

وقال كريستيان سيراتشي، العالم في كلية الهندسة بجامعة ديوك: "نهجنا الجديد هو من النوع التصاعدي من القاعدة إلى القمة". "قد يسمح لنا بإنتاج أجهزة - مثل الألواح الشمسية الفعالة - التي تغطي المباني الأكبر حجمًا. وخلال تجاربنا، أظهرنا طريقة بسيطة للغاية لتحقيق هذا الهدف." ونشرت نتائج البحث في مجلة الطبيعة العلمية المرموقة في ديسمبر.

"بالنسبة للعديد من التطبيقات أو الأجهزة، فإن العامل الرئيسي هو قدرة المادة على التحكم في امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية. المعادن، على سبيل المثال، يمكن أن تتمتع بمستوى عالٍ من انعكاس الإشعاع، وهي خاصية يمكن أن تكون مفيدة ومفيدة لعدد من التطبيقات، ولكن بالنسبة لأجهزة مثل الخلايا الشمسية، فإن الخاصية المطلوبة هي في الواقع امتصاص مثالي وأقصى للضوء. وفي الوقت نفسه، تكون المواد الخارقة المعتمدة على مكونات معدنية فعالة بشكل خاص كمواد ماصة، حيث يمكن التحكم في كل من الخواص الكهربائية للمادة وخواصها المغناطيسية، اعتمادًا على التصميم"، يوضح الباحث الرئيسي.

تتكون المادة الخارقة الحديثة التي تم تطويرها في جامعة ديوك من ثلاثة مكونات رئيسية - طبقة رقيقة من الذهب مطلية بطبقة نانوية من مادة عازلة، توضع عليها طبقة من ملايين الأنابيب النانوية التي تم إنشاؤها في عملية التجميع الذاتي . وفي التجارب البحثية تكون مكعبات النانو من معدن الفضة. يوضح الباحث: "تنتشر مكعبات النانو فوق طبقة الذهب، وبهذه الطريقة يمكننا التحكم في خصائص المادة عن طريق تغيير هندسة البنية". "وبهذه الطريقة، يمكننا الآن التحكم في القدرة الاستيعابية للمساحات الكبيرة بطريقة تفوق قدرات طريقة الطباعة الحجرية."

على الرغم من أن المعادن، في حد ذاتها، تميل إلى عكس أشعة الضوء، إلا أن الأنابيب النانوية تعمل كهوائيات صغيرة تمنع انعكاس المعدن للضوء من السطح. يوضح الباحث: "من خلال الجمع بين المكونات المختلفة المعتمدة على المواد الاصطناعية في بنية مشتركة، من الممكن الحصول على طيف أكثر تعقيدًا من انعكاس الضوء، مع تحقيق مستوى التحكم المطلوب في التطبيقات الأكثر تقدمًا، مثل الحبر الديناميكي".

أخبار الدراسة