افزایش کارآیی پنل‌های خورشیدی و صفحات لمسی با نانولوله‌های کربنی

به گزارش دنده6 :  نیاز به مواد پیشرفته در فناوری مدرن همواره به دلیل تقاضا برای راه حل‌های کارآمدتر و پایدار در حال افزایش است.

به نقل از نانومگزین، یکی از زمینه‌هایی که توجه زیادی را به خود جلب کرده، توسعه موادی است که عملکرد پنل‌های خورشیدی، صفحه نمایش‌های لمسی و سایر دستگاه‌های الکترونیکی را بهبود می‌بخشند. مواد سنتی اغلب از نظر دوام، انعطاف‌پذیری و عملکرد ضعیف هستند و دانشمندان را ترغیب می‌کنند تا به دنبال جایگزین‌های نوآورانه باشند. اینجاست که نانولوله‌های کربنی وارد عمل می‌شوند و مسیر امیدوارکننده‌ای را برای پیشرفت‌های قابل توجه ارائه می‌کنند.

دانشمندان یک روش تصفیه شیمیایی سریع، مقیاس‌پذیر و بدون ضایعات را برای بهبود ویژگی‌ نانولوله‌های کربنی پیشنهاد کرده‌اند که آنها را برای بهبود عملکرد پنل‌های خورشیدی، صفحات لمسی و موارد دیگر ایده‌آل می‌سازد. آزمایش‌های آنها نشان می‌دهد که قرار دادن نانولوله‌های کربنی در معرض مقادیر کمی گاز دی‌اکسید نیتروژن در دماهای بالا، شفافیت و رسانایی الکتریکی آنها را افزایش می‌دهد و کمک می‌کند تا در برابر تخریب نیز مقاوم باشند.

نانولوله‌های کربنی، رسانای عالی الکتریسیته هستند که به نور اجازه عبور می‌دهند و گزینه خوبی برای استفاده در الکترودهای شفاف به شمار می‌روند. نانولوله‌های کربنی، عناصر حیاتی سلول‌های خورشیدی و صفحه‌نمایش‌های لمسی هستند که قبلا به لایه‌های شکننده و ناپایدار اکسید قلع ایندیوم و سایر مواد معمولی متکی بودند. نانولوله‌های کربنی آغشته به اتم‌های اضافی در حال حاضر رسانایی و شفافیت بهتر و همچنین انعطاف‌پذیری را برای دستگاه‌های قابل خم شدن فراهم می‌کنند.

پروفسور «آلبرت ناسیبولین»(Albert Nasibulin) پژوهشگر «مرکز فوتونیک دانشگاه بوستون»(BUPC) و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: فرآیند «آلایش» یا «دوپینگ»(Doping) در اینجا بسیار مهم است. متأسفانه، فناوری کنونی اجازه ساخت نانولوله‌های کربنی را نمی‌دهد که ویژگی‌های لازم را در شکل خالص خود داشته باشند. طیفی از عوامل دوپینگ وجود دارند که ویژگی‌های نانولوله را تغییر می‌دهند. بسته به اینکه کدام ماده شیمیایی استفاده شود، می‌توان آن را بسیار رسانا و شفاف یا پایدار ساخت. با کمی شانس می‌توان دو مورد از این سه ویژگی را داشت اما ما موفق شدیم هر سه را با هم داشته باشیم.

یکی از عوامل دوپینگ رایج، «تتراکلرواورات هیدروژن»(Hydrogen Tetrachloroaurate) است که بالاترین عملکرد را از نظر رسانایی الکتریکی و شفافیت نسبتا خوب ارائه می‌دهد اما این روش اصلاح ناپایدار است و اثرات آن به سرعت کاهش می‌یابند. «برمید مس»(Copper Bromide) و سایر هالیدهای فلزی، ترکیب مناسبی را از پایداری و رسانایی ارائه می‌دهند اما شفافیت در آنها وجود ندارد. این‌ها نمونه‌ای از مواد شیمیایی هستند که در حال حاضر برای دوپینگ نانولوله‌های کربنی استفاده می‌شوند.

«دمیتری کراسنیکوف»(Dmitry Krasnikov) از پژوهشگران این پروژه گفت: ما یک راه حل پیدا کردیم که از همه لحاظ سودمند است. عامل دوپینگ ما، گازی به نام دی‌اکسید نیتروژن است که گه‌گاه به دلیل رنگ نارنجی روشن خود، «دم روباه» نیز نامیده می‌شود. در واقع، ما در حال بررسی تغییرات نسبتا ناپایدار دیگری بودیم که وقتی نانولوله‌ها در دماهای بسیار پایین‌تر در معرض آن قرار می‌گیرند، این گاز آنها را ایجاد می‌کند.

وی افزود: ما به طور تصادفی با یک طیف متفاوت از دما روبه‌رو شدیم که تغییرات به‌دست‌آمده در آن بسیار پایدار هستند. یکی دیگر از مزایای کار کردن با یک عامل گازی این است که باعث می‌شود فناوری دوپینگ سریع، مقیاس‌پذیر و بیهوده باشد. در واقع، دی‌اکسید نیتروژن به راحتی در فرآیندهای موجود فناوری ادغام می‌شود و به راحتی از رآکتور بیرون می‌رود زیرا پس از سرد شدن تا ۲۰ درجه سلسیوس به حالت مایع درمی‌آید.

این گروه پژوهشی پیش‌بینی می‌کنند که الکترودهای شفاف مبتنی بر نانولوله‌های کربنی دوپین‌شده با دی‌اکسید نیتروژن به زودی در عناصر فتوولتائیک، صفحات لمسی و سایر سطوح تعاملی موجود در خانه‌ها، خودروها و فضاهای عمومی گنجانده شوند. همچنین، این الکترودها زیست‌سازگار هستند و شاید کاربردهایی را در دستگاه‌های کاشتنی پیدا کنند.

این پژوهش در مجله «Carbon» به چاپ رسید.