ננו-קוביות של כסף לפיתוח תאים סולאריים

חוקרים מאוניברסיטת דיוק גילו כי בקוביות מתכתיות מיקרוסקופיות עשוי להימצא פוטנציאל כביר לבליעת אור, תכונה שתוביל לפיתוחם של חומרי-בליעה יעילים וזולים יותר לשטחים גדולים עבור גלאים או תאים סולאריים.

חוקרים מאוניברסיטת דיוק גילו כי בקוביות מתכתיות מיקרוסקופיות עשוי להימצא פוטנציאל כביר לבליעת אור, תכונה שתוביל לפיתוחם של חומרי-בליעה יעילים וזולים יותר לשטחים גדולים עבור גלאים או תאים סולאריים.

מטא-חומרים הם חומרים מעשה ידי אדם בעלי תכונות שלא מצויות בחומרים טבעיים. הם בנויים בצורה כזו שמובילה לבקרה יוצאת דופן על גלים, כדוגמת קרני האור. ייצור חומרים אלו המתאימים לאור נראה עדיין מהווה אתגר טכנולוגי שמושג באופן רגיל ע”י שיטת הליתוגרפיה, שבה תבניות מתכתיות נחרטות בתוך חומר אינרטי, בדומה למדפסת הזרקת דיו. על אף יעילותה של שיטה זו בייצור מבנים מעין אלו, לשיטת הליתוגרפיה יש מגבלה גדולה – היא יקרה מאוד ועל-כן קשה מאוד להעביר אותה לקנה-מידה של מבנים נרחבים הנדרשים למגוון יישומים.

“הגישה החדשה שלנו היא יותר מסוג מלמטה-למעלה”, אמר Cristian Ciracì, מדען בבית הספר להנדסה באוניברסיטת דיוק. “היא עשויה לאפשר לנו לייצר התקנים – כדוגמת לוחות סולאריים יעילים – המכסים מבנים הרבה יותר גדולים. במהלך הניסויים שלנו, הדגמנו שיטה פשוטה במיוחד להשגת יעד זה”. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי היוקרתי Nature בחודש דצמבר.

“עבור יישומים או התקנים רבים, גורם המפתח הוא יכולתו של החומר לשלוט בבליעה של גלים אלקטרומגנטיים. מתכות, לדוגמה, יכולות להיות בעלות רמת החזר קרינה גבוהה, תכונה שיכולה להיות מועילה ושימושית למספר יישומים, אולם עבור התקנים כגון תא סולארי, התכונה הנדרשת היא דווקא בליעה מיטבית ומרבית של אור. יחד עם זאת, מטא-חומרים המבוססים על רכיבים מתכתיים יעילים במיוחד בתור חומרים בולעים מאחר וניתן לשלוט הן בתכונות החשמליות של החומר והן בתכונותיו המגנטיות, כתלות בעיצוב”, מסביר החוקר הראשי.

מטא-החומר החדיש שפותח באוניברסיטת דיוק מורכב משלושה רכיבים עיקריים – שכבה דקיקה של זהב בעלת ציפוי של ננו-שכבת חומר מבודד, כאשר עליה מונחת שכבה של מיליוני ננו-קוביות שנוצרו בתהליך של התגודדות-עצמית. בניסויי המחקר ננו-הקוביות הן של המתכת כסף. “ננו-הקוביות מפוזרות על גבי שכבת הזהב ובצורה זו אנו מסוגלים לשלוט בתכונות של החומר ע”י שינוי הגיאומטריה של המבנה,” מסביר החוקר. “באופן זה אנו יכולים כעת לשלוט בכושר הבליעה של שטחים נרחבים בשיטה שהיא מעבר ליכולותיה של שיטת הליתוגרפיה”.

למרות שמתכות, לכשעצמן, נוטות להחזיר את קרני האור, ננו-הקוביות מתפקדות בתור אנטנות זעירות המבטלות את החזרת האור של המתכת מפני השטח. “באמצעות שילוב יחדיו של רכיבים שונים המבוססים על מטא-חומרים למבנה משותף, ניתן לקבל ספקטרום מורכב יותר של החזרת אור, תוך השגת רמת שליטה הנדרשת ביישומים מתקדמים יותר, כגון דיו דינמי”, מסביר החוקר.

הידיעה על המחקר