ساخت آزمایشگاهی لایه‌های نانوساختار جاذب نور به روشی کم هزینه‌ توسط محققان کشور

با توجه به نیاز روزافزون به انرژی‌های پاک و تجدید پذیر، در دهه‌های اخیر تحقیقات فراوانی بر روی لایه‌های جاذب نور در سلول‌های خورشیدی صورت گرفته است. با این حال به دلیل کمیاب و گران قیمت بودن عناصر ایندیوم و گالیوم موجود در این ترکیبات، توجه محققان به سمت سنتز و بررسی لایه‌های جاذب نانوساختار جدید از عناصر فراوان و کم هزینه‌ موجود در طبیعت با همان خواص فیزیکی مطلوب معطوف شده است.

 

به گفته‌ دکتر مهدی عادلی فرد، در این طرح تلاش شده تا با به کارگیری عناصر روی و قلع که به وفور در طبیعت یافت می‌شوند و هزینه‌ تأمین آن‌ها نسبتاً کم است، لایه های نازک نانوساختار CZTS تهیه شود. این لایه‌ها با استفاده از روشی مقرون به صرفه تهیه شده است. از طرفی خواص فیزیکی بهینه‌ آن‌ها نویدبخش امکان جایگزینی این لایه‌ها به عنوان نیمرسانای جاذب، در سلول‌های خورشیدی و جایگزینی با عناصر کمیاب و گران قیمت متداول ایندیوم و گالیوم است.

عادلی فرد در خصوص روش به کار رفته در ساخت این لایه‌های جاذب عنوان کرد: «روش‌های مختلفی برای لایه‌نشانی لایه‌های نازک CZTS از قبیل لایه نشانی لیزر پالسی (PLD)، لایه نشانی به روش کند و پاش، لایه نشانی بخار شیمیایی(CVD) و تبخیر در خلاء استفاده شده است. اما علاوه بر روش‌های ذکر شده، روش اسپری پایرولیزیز (Spray pyrolysis technique) نیز می‌تواند به خاطر سادگی و کم هزینه بودن و بدون نیاز به تجهیزات پیچیده، به عنوان روشی محتمل و نویدبخش در نظر گرفته شود. در این گزارش فرایند آماده سازی نیمرسانای نانوساختاری با استفاده از روش شیمیایی اسپری پایرولیزیز صورت گرفت.»

نتایج مشخصه‌یابی‌ها حاکی از تشکیل ساختار بسبلوری (Polycrystalline) با سطوح همگن پوشیده شده از نانوذرات کروی شکل بوده است. همچنین تمامی نمونه‌ها از ضریب جذب نور بالایی در ناحیه‌ مرئی و نیز خواص الکتریکی مطلوب برخوردار بودند.

به گفته‌ این محقق، افزون بر کارایی روش اسپری پایرولیزیز، از دیگر عوامل بررسی شده در این طرح، تأثیر نسبت مولی عنصر روی به قلع (Zn/Sn) بر روی خواص ساختاری، نوری و الکتریکی نمونه‌هاست.

عادلی فرد در پایان ابراز امیدواری کرد که با تکمیل فاز مطالعات، بتوان سلول‌های خورشیدی حاصل از لایه‌های نانوساختاری سنتز شده در این طرح را جایگزین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی مرسوم و با هزینه‌ای مقرون به صرفه‌تر نمود.

این مطالعات با همکاری دکتر مهدی عادلی فرد- عضو هیأت علمی دانشگاه دامغان- و روح الله ترکمانی- کارشناس ارشد فیزیک از این دانشگاه- انجام شده است که نتایج آن در مجله‌ Journal of Materials Science: Materials in Electronics (جلد 26، شماره 6، سال 2015، صفحات 3700 تا 3706) چاپ شده است. 

 

اخبار علمی - ایسنا

ویدیو مرتبط :
روشی خانگی، کم هزینه و آسان برای خلاصی از اضافه وزن

---

خواندن این مطلب را به شما پیشنهاد میکنیم :

موفقیت محققان کشور در ساخت جاذب قوی پرتو فرابنفش

 

اخبار علمی - موفقیت محققان کشور در ساخت جاذب قوی پرتو فرابنفش

 نانوساختارهای اکسیدروی، زیست‌سازگار و ایمن هستند و می‌توانند در کاربرد‌های پزشکی به راحتی به کار گرفته شوند. از نظر جذب اشعه فرابنفش نیز، دارای کاربرد‌های ویژه‌ای هستند و می‌توان از آن‌ها در ساخت پماد سوختگی و کرم‌های ضد آفتاب، بعنوان جذب کننده قوی پرتو فرابنفش استفاده کرد.

 

از کاربرد‌های دیگر اکسیدروی‌ می‌توان به استفاده‌های آن در سلول‌های خورشیدی و حسگر گاز‌هایی از قبیل آمونیاک، ازن، منوکسیدکربن و هیدروژن و تولید فتوکاتالیست‌ها برای حذف آلودگی‌های محیط زیست اشاره کرد.

 

دکتر مریم صباغان، عضو هیات علمی دانشگاه شهید رجایی و محقق طرح در این مورد اظهار کرد: هدف این تحقیقات تولید نانوذرات اکسیدروی با ساختارهای مختلف و انتخاب مناسب‌ترین ترکیب به عنوان آند مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی بوده است. در ادامه این طرح نیز، محاسبات تابع چگالی، بر روی نانوساختارهای تولیدی انجام گرفته است.

 

وی افزود: در این کار، تولید نانوساختارهای مذکور، با استفاده از روش سونوشیمیایی انجام گرفته است. استفاده از این روش، سبب کاهش مدت زمان تولید نانوساختارهای اکسید روی می‌شود. در این گزارش، تنها در مدت زمان نیم ساعت نانوساختارهای اکسیدروی تولید شده است. این روش، سبب کاهش انرژی مصرفی و افزایش بازده تولید می‌شود.

 

محقق طرح تصریح کرد: همچنین، مایعات یونی بر پایه دابکو تهیه شده و از آن‌ها به عنوان قالب برای تولید نانوساختارهای اکسیدروی استفاده شده است. استفاده از مایعات یونی، یک روش سبز و دوستدار محیط زیست است و در طول تولید، مواد ناخواسته‌ای بر جای نمی‌گذارد. بر اساس نتایج حاصل شده، استفاده از مایعات یونی در آب، نه تنها از افزایش زیاد اندازه دانه‌ها جلوگیری می‌کند، بلکه شرایط مناسبی برای رشد هدفمند نانوساختار صفحه‌ای را ایجاد می‌کند.

 

صباغان در ادامه افزود: چنانچه نانوساختارهای اکسیدروی با ساختارهای مختلف و در محیط‌های یون مایع تولید شوند، خواص نوری متفاوتی از خود نشان می‌دهند. مایعات یونی بر اساس نوع ساختار و غلظت، در حلال آرایش‌های متفاوتی خواهند داشت که نتیجه آن خودآرایی نانوذرات و ساختارهای مختلف آن‌ها خواهد شد.

 

محقق طرح گفت: در راستای دستیابی به این نتایج، در ابتدا مایعات یونی بر پایه دابکو و ایمیدازولیوم تولید شد و صحت تولید آن‌ها با آزمون NMR، مورد تایید گرفت. سپس از این مایعات یونی بعنوان قالب برای تولید نانوساختار‌های اکسیدروی و به روش سونوشیمیایی استفاده شد. خواص ساختاری و نوری نانوساختارها به کمک آزمون‌های SEM، XRD و UV مورد بررسی قرار گرفت.

 

وی تصریح کرد: بنابر نتایج حاصل شده، استفاده از مایعات یونی مختلف منجر به ایجاد ساختار یکنواخت نانوصفحه و در زمان 30 دقیقه شده است. همچنین کاهش اندازه ذرات نانوساختارهای اکسیدروی و کاهش شکاف نوار آن‌ها، از دیگر مزایای استفاده از این مایعات است. از طرفی، بلندتر شدن طول زنجیره آلکیلی و دی‌کاتیونی شدن حلقه دابکو، سبب ایجاد ساختارهای یکنواخت‌تر و منظم‌تر می‌شود. همچنین دی‌کاتیونی شدن با حلقه آروماتیک ایمیدازولیوم، منجر به تشکیل ساختار نانوبرگ می‌شود. این ساختارها تاثیرات جالبی در خواص نوری نانوذرات دارند.

 

محقق طرح یادآور شد: این پروژه قسمتی از یک طرح کامل‌تر است که در آن به کمک روش‌های سبز، نانواکسیدهای فلزی‌ با ساختارهای متفاوت ساخته شده و کارایی آن‌ها در سلول‌های خورشیدی با یکدیگر مقایسه می‌شوند.

 

نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری دکتر مریم صباغان، دکتر جواد بهشتیان، عضو هیات علمی دانشگاه شهید رجایی و سید علی محمد میرسعیدی دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه شهید رجایی است، در مجله Ceramics International منتشر شده است.

اخبار علمی - ایسنا