การแกว่งของอนุภาคระดับนาโนเปลี่ยนพลังงานแสงแดดเป็นไฟฟ้า

อิเล็กตรอนในอนุภาคขนาดนาโนของโลหะชั้นสูงจะสั่นอย่างรวดเร็วด้วยความถึ่เท่ากับแสง ปรากฏการณ์นี้แสดงถึงความสามารถที่จะผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) ที่ดีและราคาถูกกว่า ซึ่งนักวิจัยจาก Chalmers University of Technology ในสวีเดนกำลังศึกษาอยู่

การเกิดกระแสไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นหนึ่งในทางเลือกที่น่าสนใจมากที่สุดสำหรับการหาพลังงานทดแทนระยะยาว แต่อย่างไรก็ตามเซลล์แสงอาทิตย์ยังไม่สามารถมาแข่งขันกับเชื้อเพลิงจากปิโตรเลียมได้ นักวิจัยได้หันไปหาเทคโนโลยีด้านนาโนเพื่อให้เกิดความประหยัดด้านต้นทุน

เซลล์แสงอาทิตย์ประกอบไปด้วยชั้นดูดกลืนแสงอาทิตย์หลายๆ ชั้น และเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า ถ้าผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีลักษณะบางมากๆ จะราคาถูกกว่าและเกิดกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าเซลล์ที่ใช้ในปัจจุบัน แต่ความจุของแสงที่จะดูดกลืนได้ต้องมีความเหมาะสมด้วย

วิธีในการเพิ่มปริมาณการดูดกลืนแสงอาทิตย์ได้มากขึ้น โดยสามารถใช้อนุภาคระดับนาโนในโลหะชั้นสูง โดยอนุภาคเหล่านี้จะมีคุณสมบัติพิเศษด้านแสงคือ อิเล็กตรอนจำนวนมากของมันจะสั่นกลับไปกลับมาด้วยอัตราเร็วเดียวกับความถี่ของแสง และปริมาณของแสงที่ถูกดูดกลืนได้มากน้อยแตกต่างกันจะเห็นจากสีของแสงที่ต่างกัน
อนุภาคจะจับแสงคล้าย ๆ กับเสาอากาศเล็ก ๆ และในระหว่างการสั่นไปมานี้พลังงานจะถูกเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้า ปรากฏการณ์ที่เกิดการสั่นได้นี้เรียกว่า Plasmons หรือ Plasmon resonance frequency โดยปัจจัยที่มีผลต่อ Plasmons นี้คือรูปร่าง ขนาด และสิ่งแวดล้อมของอนุภาค

ในปัจจุบันประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์นั้นก็สูงมากอยู่แล้ว การที่จะผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่ขึ้นมาควรจะคิดถึงปริมาณการใช้วัตถุดิบและต้นทุนที่ต่ำลง
ในงานวิจัยนี้ได้มีการออกแบบโดยใช้อนุภาคระดับนาโนของทอง ในแต่ละชั้นจะมีความหนาประมาณ 2-3 นาโนเมตรเพื่อให้อนุภาคดูดกลืนแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

จากบรรดาวิทยานิพนธ์ที่ได้ทดลองถึงผลของอนุภาคขนาดนาโนของโลหะชั้นสูงในเซลล์แสงอาทิตย์สองประเภท ซึ่งชนิดแรก แสงจะถูกดูดกลืนบริเวณผิวของเซลล์ อีกประเภทหนึ่งแสงจะถูกดูดกลืนลึกลงไปในเซลล์ ในการทดลองแสงผลว่าอนุภาคระดับนาโนนี้ช่วยให้แสงผ่านเข้าไปในผิวของเซลล์ได้ และมีความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มปริมาณการดูดกลืนแสงทั้งที่ผิวและภายในเซลล์ได้โดยมีกระบวนการที่แตกต่างกันไป

ที่มา http://www.sciencedaily.com/releases/2008/02/080221082950.htm




จากรูป แสงสามารถเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้โดยผ่านกระบวนการ plasmon resonances ในอนุภาคขนาดนาโน โดย
A: far field effect ที่ขยายทางวิ่งของแสงไปทั่วเซลล์ หรือ
B: near field effect เพิ่มการเปลี่ยนพลังงานในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเฉพาะที่ หรือ
C: การเกิดตัวนำที่มีประจุและพลังงานมาก ซึ่งจะสามารถเคลื่อนย้านไปในเซลล์แสงอาทิตย์ได้