ترفندی برای ساخت پیل خورشیدی انعطاف‌پذیر

به نقل از ستاد یژه توسعه فناوری نانو، محققان دانشگاه صنعتی مونیخ موفق به ساخت لایه‌های نیمه‌هادی متخلخل برای استفاده در پیل‌های خورشیدی شدند. این لایه‌ها می‌توانند ابعاد و وزن پیل‌ها را کاهش داده و آن‌ها را انعطاف‌پذیر کنند.

این گروه تحقیقاتی از پلیمرهای آلی مناسب و ترکیب آن با مواد مختلف برای ساخت مواد هیبریدی پیل خورشیدی استفاده کردند. با این طراحی جدید نه تنها فضای داخل پیل کاهش می‌یابد، بلکه مساحت سطحی و ظرفیت پیل نیز افزایش می‌یابد.

فاسلر یکی از محققان این پروژه گفت: ماده متخلخلی را تصور کنید که به‌عنوان داربست در ساخت پیل استفاده می‌شود. این داربست دارای ساختاری شبیه به لانه زنبور عسل است.

 

در دیواره این ساختار از ماده نیمه‌هادی، ژرمانیوم، استفاده می‌شود که می‌تواند بار الکتریکی را در خود ذخیره کند، از آنجایی که این ساختار بسیار نازک است، بنابراین مسیر حرکت بارها بسیار کوتاه است.

برای این که ماده سخت و شکننده ژرمانیوم بتواند روی سطح انعطاف‌پذیر و متخلخل استفاده شود، باید ترفندهایی به کار رود. معمولا از اچ کردن برای ایجاد الگو روی سطح استفاده می‌شود. اما این گروه از روش ساخت پایین به بالا که بسیار دقیق و تکرارپذیر است برای این کار استفاده کردند.

 

آن‌ها اتم‌های ژرمانیوم را به‌صورت خوشه‌هایی نه‌تایی ایجاد کردند. این خوشه‌ها زمانی که باردار می‌شوند یکدیگر را دفع کرده و حل می‌شوند. تشکیل خوشه‌ها زمانی که حلال بخار شود، انجام می‌گیرد.

محققان برای ایجاد خوشه‌های ژرمانیم از نانوساختارها استفاده کردند. دانه‌های پلیمری کوچک، تشکیل ساختار سه بعدی داده که این ساختار به عنوان الگو مورد استفاده قرار می‌گیرد. ژرمانیوم وارد این ساختار شده و با حذف الگو، شبکه‌ای از اتم‌های ژرمانیوم باقی می‌ماند.

 

ماده باقی مانده کاملاً متخلخل است. قطر دانه‌های پلیمر بین ۵۰ تا ۲۰۰ نانومتر است. ژرمانیوم متخلخل دارای خواص نوری و الکتریکی ویژه‌ای است که می‌تواند برای ساخت مواد هیبریدی مورد استفاده قرار گیرد.

محققان قصد دارند از این روش برای تولید لایه‌های سیلیکون متخلخل استفاده کنند تا از آن به‌عنوان جایگزینی برای گرافیت در باتری‌ها استفاده شود.

اخبار علمی  - مهر

ویدیو مرتبط :
انرژی خورشیدی انعطاف پذیر

---

خواندن این مطلب را به شما پیشنهاد میکنیم :

ساخت پوست مصنوعی انعطاف‌پذیر خودترمیم شونده

حسگرهای انعطاف‌پذیر در حال حاضر در ادوات الکترونیکی، رباتیک و بخش سلامت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در آینده احتمالاً بتوان از این حسگرها در ساخت پوست مصنوعی و اندام‌های پروتز استفاده کرد به طوری که کاربر بتواند محیط پیرامون خود را حس کند.

یکی از مشکلات این حسگرها، خراشیدگی و آسیب‌دیدگی سریع آن‌هاست که موجب از بین رفتن کارایی این حسگرها می‌شود. اخیراً پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا موفق به ارائه ماده انعطاف‌پذیری شدند که می‌توان از آن در ساخت پوست مصنوعی استفاده کرد. این ماده با الهام از خاصیت خودترمیمی پوست طبیعی بدن ساخته شده‌ است. این ماده حاوی نوعی پلیمر سنتز شده‌ است که در صورت آسیب دیدن به سرعت خود را ترمیم می‌کند.

حسام حایک از محققان این پروژه می‌گوید: «وجود مشکل آسیب‌پذیری در حسگرهای انعطاف‌پذیر موجود در بازار موجب شده تا نیاز جدی برای توسعه این حسگرها و ایجاد خاصیت خودترمیمی در آن‌ها به وجود آید. ما موفق به ارائه پوست خودترمیم شونده‌ای شدیم که قابل خم شدن و انعطاف‌پذیر است. از هر نقطه‌ای که این ماده آسیب ببیند قادر است آن را ترمیم کند.»

این حسگر از یک زیرلایه خودترمیم شونده، الکترودهای رسانا و نانوذرات طلای اصلاح شده تشکیل شده‌ است. هایک می‌افزاید: «نانوذرات طلا در سطح زیرلایه و میان الکترودهای خودترمیم شونده می‌تواند موجب ترمیم ترک‌های موجود در سطح شود و در نهایت هدایت الکتریکی به حالت اولیه باز شود.»

این ماده به محض ترمیم شدن قادر است وجود ترکیبات آلی فرار را در مقادیر بسیار کم شناسایی کند، حساسیت این حسگر چند ده ppm است. نتایج نشان می‌دهد که این لایه قادر است در شرایط بسیار سخت نظیر دمای 20- تا 40 درجه سانتیگراد خود را ترمیم کند.

برای فرآیند ترمیم، این لایه رطوبت را جذب کرده و متورم می‌شود با این کار زنجیره پلیمری به شکل آزاد درآمده و می‌تواند فرآیند ترمیم را آغاز کند. یکی از نکات جالب در این ماده آن است که بعد از فرآیند ترمیم، این ماده نسبت به قبل مقاوم‌تر می‌شود.
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای در نشریه Advanced Materials منتشر شده‌ است.

اخبار علمی - ایسنا