دانشمندان برای نخستین بار حرکت الکترون‌ها در سلول‌های خورشیدی را به تصویر کشیدند

محققان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا (UCSB) با استفاده از یک فناوری پیشرفته به نام میکروسکوپ الکترونی فوق سریع اسکنینگ (SUEM)، موفق شدند برای اولین بار حرکت الکترون‌ها را در داخل سلول‌های خورشیدی مشاهده کنند. این دستاورد بزرگ، درک ما از نحوه عملکرد سلول‌های خورشیدی را متحول خواهد کرد و به دانشمندان کمک می‌کند تا سلول‌های خورشیدی کارآمدتر و قدرتمندتری تولید کنند.

به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، تاکنون، دانشمندان تنها می‌توانستند به صورت نظری درباره حرکت الکترون‌ها در مواد نیمه‌رسانا صحبت کنند. با این حال، این تحقیق جدید با ارائه تصاویر مستقیم از حرکت الکترون‌ها، به تأیید این نظریه‌ها کمک کرده و درک دقیق‌تری از فرآیندهای درون سلول‌های خورشیدی را فراهم کرده است. یکی از مشکلات اصلی در تولید سلول‌های خورشیدی، اتلاف انرژی به صورت گرما است. هنگامی که نور خورشید به سلول خورشیدی برخورد می‌کند، الکترون‌ها انرژی دریافت کرده و شروع به حرکت می‌کنند. اما بخش زیادی از این انرژی به جای تبدیل شدن به برق، به گرما تبدیل می‌شود.

دانشمندان معتقدند که با درک بهتر نحوه حرکت الکترون‌ها در سلول‌های خورشیدی، می‌توانند راه‌هایی برای کاهش اتلاف انرژی و افزایش راندمان سلول‌های خورشیدی پیدا کنند. به عنوان مثال، اگر بتوانیم الکترون‌ها را در لحظه‌ای که انرژی بیشتری دارند به دام بیندازیم، می‌توانیم از این انرژی برای تولید برق استفاده کنیم. برای مشاهده حرکت سریع الکترون‌ها، محققان از میکروسکوپی استفاده کردند که می‌تواند تصاویر را با سرعت بسیار بالا ثبت کند. این میکروسکوپ به دانشمندان اجازه داد تا حرکت الکترون‌ها را در مقیاس زمانی پیکوثانیه (یک تریلیونم ثانیه) مشاهده کنند.

در این تحقیق، محققان از یک ماده نیمه‌رسانا به نام سیلیکون-ژرمانیوم استفاده کردند. این ماده به دلیل خواص منحصر به فرد خود، در تولید سلول‌های خورشیدی و دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد دارد. اما یکی از چالش‌های استفاده از این ماده، وجود اتصالاتی به نام هتروجنکشن است. در این اتصالات، دو ماده نیمه‌رسانا با خواص مختلف به هم متصل می‌شوند و حرکت الکترون‌ها در این ناحیه پیچیده‌تر می‌شود.

محققان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی فوق سریع، توانستند حرکت الکترون‌ها را در اطراف این اتصالات مشاهده کنند. آن‌ها دریافتند که برخی از الکترون‌ها به دلیل پتانسیل موجود در این اتصالات، سرعت خود را از دست می‌دهند. این یافته‌ها به دانشمندان کمک می‌کند تا طراحی سلول‌های خورشیدی را بهبود بخشیده و راندمان آن‌ها را افزایش دهند.

با استفاده از این فناوری جدید، دانشمندان می‌توانند به مطالعه دقیق‌تر مواد نیمه‌رسانا و فرآیندهای رخ داده در آن‌ها بپردازند. این امر می‌تواند منجر به توسعه نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی با راندمان بالاتر و هزینه کمتر شود. همچنین، این فناوری می‌تواند در زمینه‌های دیگری مانند الکترونیک، پزشکی و علوم مواد نیز کاربرد داشته باشد.

منبع خبر دانشمندان برای نخستین بار حرکت الکترون‌ها در سلول‌های خورشیدی را به تصویر کشیدند پایگاه خبری تکنا به آدرس تکنا میباشد.