محققان دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی موفق به طراحی و ساخت آشکارساز امواج فروسرخ (IR) و تراهرتز (THz) بر پایه دیود شاتکی گرافین- سيليکون شدند که در مسير تجاري‌سازي قرار گرفته است.
به گزارش دیده بان علم ایران در این طرح سلول خورشیدی و آشکارساز مادون قرمز بر پایه گرافین، اولین ماده دو بعدی و نانومتري پايداري که در سال ۲۰۰۴ ميلادي کشف شده است، ارائه مي‌شود.
به دليل بهره‌مندي از خواص ممتاز و منحصر به فرد گرافين همچون شفافيت بالا و امکان توليد زوج الکترون –حفره در آن و همچنين طراحي متمايز، اين قطعات عملکرد بهتر در مقايسه با قطعات مشابه دارند.
در یک سلول خورشیدی و یا یک آشکارساز از مواد جاذب نور که با قرار گرفتن در معرض تابش، زوج الکترون-حفره تولید می‌کنند، استفاده می‌شود. برای ايجاد جريان خارجي در بار، حامل‌ها (زوج الکترون- حفره) بايد از هم تفکيک شوند. اين تفكيك از طريق ميدان الكتريكي داخلي ايجادشده توسط قطعه صورت مي‌پذيرد.
در میان ساختارهای بررسی شده برای طراحی این گونه قطعات، ساختار بر پایه اتصال شاتکی که از جمله ساختارهای پذيرفته‌شده براي تبديل انرژي خورشيدي به الکتريسته و يا آشکار سازي امواج است، در مقايسه با ساير ساختارها از محاسني چون عموميت مواد مورد استفاده، هزينه کم و فرآيند ساخت آسان برخوردار است.
از این رو در میان سلول‌های خورشیدی و یا آشکارسازهای مادون قرمز بر پایه اتصال شاتکی، اتصال شاتکي گرافين و سيليکون در سال‌هاي اخير به طور گسترده‌اي از سوي محققان و پژوهشگران مورد استقبال قرار گرفت؛ چراکه از اين طريق مي‌توان از خصوصيات ممتاز سيليکون و گرافين به طور همزمان بهره برد.
در یک سلول خورشیدی با این ساختار با توجه به شفافیت بالای گرافین، نور خورشید به آسانی به داخل آن نفوذ کرده و به سد شاتکي مي‌رسد. زوج‌هاي الکترون-حفره توليدشده در سيليکون در اثر ميدان الکتريکي داخلي از هم تفکيک شده و توسط الكترودها جمع‌آوري مي‌شوند.
از سوی دیگر به دلیل صفر بودن شکاف باند گرافین، تولید زوج الکترون- حفره در این ماده نیز صورت می‌پذیرد. در اين طرح با بهينه‌سازي فلز کاري کانتکت روي قطعه، امکان جمع‌آوري زوج‌هاي الکترون- حفره در گرافين فراهم شده که از طريق جريان خارجي بازدهي سلول افزايش يافته است.
در آشکارساز مادون قرمز طراحی شده نیز به دلیل جذب گرافین در محدوده مادون قرمز نزدیک، امکان آشکارسازی این ناحیه از طیف در دماي اتاق فراهم شده است.
برای ساخت این قطعات سنتز گرافین به سه روش شیمیایی، ورقه کردن مکانیکی و CVD صورت پذیرفته است؛ اما در نهایت سنتز گرافین به روش شیمیایی که فرآیندی بسيار آسان و بدون نياز به تجهيزات و ملاحظات خاص است، براي ساخت قطعات انتخاب شد.
بنابراین علاوه بر انتخاب ساختار شاتکی برای طراحی ساختار قطعات که منجر به کاهش هزینه ساخت می‌شود، این روش سنتز منجر به تولید گرافین با هزينه کم و به مقدار زياد خواهد شد که در کاهش هزينه تمام شده طرح بسيار موثر است.
این محققان همچنین برای مقایسه بهتر قطعه ساخته شده با نمونه ساده (سیلیکون بدون گرافین) نمونه مشابهی ساختند. نمونه مشابه نسبت به امواج مادون قرمز پاسخ نشان نمی‌دهد.
سلول خورشيدي ساخته شده بر پايه گرافين نسبت به نمونه بدون گرافين ولتاژ مدار بار و جريان اتصال کوتاهي در حدود سه برابر توليد مي‌کند.
سلول‌های خورشیدی بر پایه سیلیکون و آشکارسازهای امواج مادون قرمز از مزایایي چون تبديل نور خورشيد به الکتريسيته با بازدهي بالا، آشکارسازي امواج مادون قرمز در دماي اتاق، هزينه ساخت کم و فرآيند ساخت آسان برخوردار هستند.
از این سلول ساخته شده می‌توان در ساخت سلول‌های خورشیدی، آشکارسازی نور مادون قرمز در دمای اتاق، سنسور آتش یا شعله، شمارش در خط تولید و دوربين‌هاي ديد در شب و يا حسگرهاي تشخيص حرکت بدن استفاده کرد.
این طرح از سوی مینا امیر مزلقانی از دانش‌آموختگان دوره دکتری رشته برق و الکترونیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدين طوسي اجرايي شده و با توجه به دستاوردهاي اين تحقيق، در برنامه نانو مچ ستاد توسعه فناوري نانو براي تجاري‌سازي مورد حمايت قرار گرفته است.
انتهای پیام