شنبه 89/2/11  ساعت 8:14 عصر

تغییر بسامد نور خورشید(مهندسی مکانیک انرژی)

محققان آلمانی توانسته اند بسامد نور خورشید را تغییر دهند.فرایند تغییر به سمت بالا (up-conversion) در گذشته هم برای نور لیزر انجام می شد اما این محققان برای اولین بار توانستند این فرایند را بر روی نور خورشید انجام دهند. همانطور که می دانید تغییر بسامد نور توسط برخی مواد طبیعی فلورسانس قابل انجام است در این مواد فرایند تغییر به سمت پایین (down-conversion) رخ می دهد به این معنی که نوری با بسامد بالاتر به ماده فلورسانس برخورد میکند و در نهایت نور خروجی از ماده بسامد پایین تری از نور اولیه دارد. در فرایند تغییر به سمت بالا باید انرژی فوتونها با یکدیگر جمع شود به این معنی که دو فوتون با انرژی کم در یک زمان باید جذب یک اتم شوند تا باعث گسیل یک فوتون با انرژی بالاتر شود. از آنجا که این جذب دوگانه باید در یک زمان اتفاق بیافتد، بنابراین برای ایجاد چنین فرایندی چگالی بالایی از فوتونها مورد نیاز است و تنها چشمه ای که چگالی مورد نیاز برای این فرایند را فراهم می آورد لیزرها هستند.

با این حال، محققان آلمانی اخیراً فرایند تغییر به سمت بالا را برای چشمه نور خورشید نیز به کار برده اند و از آنجا که سلول های خورشیدی (solar cell) تنها به بخشی از طیف نور خورشید حساسند، به این وسیله میتوان گستره جذب این سلولها را افزایش داده و بازده آنها را بالا برد.

فرایند تغییر به سمت بالا برای شدت های کمتر از لیزر مثلاً نور خورشید به این صورت انجام شده است که به جای جذب همزمان دو فوتون توسط یک اتم، محققان از دو اتم برای جذب دو فوتون و ذخیره انرژی آنها برای جمع شدن این انرژی ها در زمان های بعدی استفاده کرده اند. این روش همچنین به بالا بردن بازده فرایند تغییر به سمت بالا در لیزرها هم کمک می کند به طوری که شدت لیزر تغییر به سمت بالا یافته، با این روش تا 100 برابر افزایش می یابد!

محققان در این روش یک ماده جذب کننده سبز به نام سنسیتایزر (sensitizer) را با یک پلیمر گسیلنده آبی در در یک محلول مخلوط کردند. سنسیتایزر مولکولی حلقوی شکل با هسته پالادیوم است که می تواند انرژی فوتون جذب شده را در ترازهای برانگیخته ای با طول عمر بالا به نام ترازهای سه گانه (triplet) ذخیره کند.

این ترازهای سه گانه ی سنسیتایزر می توانند انرژی خود را به مولکول های گسیلنده منتقل کنند و در نتیجه تولید ترازهای سه گانه ی گسیلنده با طول عمر بیشتری می کنند. انرژی در ترازهای سه گانه به مدت حدود 5 میلی ثانیه ذخیره می شود که بسیار بیشتر از ترازهای معمولی است. هنگامی که دو تا از ترازهای سه گانه ی گسیلنده در محلول به یکدیگر برخورد می کنند یکی از این سه گانه ها می تواند انرژی آن دیگری را گرفته و الکترون برانگیخته شده ی خود را بار دیگر برانگیخته کند و در نهایت با پایین آمدن الکترون دو بار برانگیخته شده به تراز پایه، فوتونی با بسامد بالاتر تولید شود. به این وسیله انرژی دو فوتون فرودی به وسیله ی یک واسطه جمع خواهد شد.

محققان حداکثر بازده این روش را 1% بیان کرده اند (یعنی یک فوتون آبی در نتیجه ی برخورد 100 فوتون سبز تولید می شود) این مقدار به نظر کوچک می آید ولی از آنجا که سلول های خورشیدی تنها به بخشی از طیف نور حساسند به این وسیله می توان از فوتون های غیر قابل استفاده نیز در ذخیره ی انرژی خورشیدی استفاده کرد.

از:http://physics-dept.talif.sch.ir

لیست کل یادداشت های این وبلاگ