تولید انرژی (نانو Rectenna) با تابش موج الکترومغناطیسی خورشیدی به سطح نانوآنتن MIM (مهندسی میکرو _ نانو الکترونیک)

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر (  افشین رشید )

نکته : هنگامی که موج الکترومغناطیسی خورشیدی به سطح نانوآنتن برخوردمیکند یک جریان متغیر با زمان روی سطح نانوآنتن ایجاد شده و در نتیجه ولتاژی در محل شکاف تغذیه آن تولید می شود 

آنتن وسیله ای است که میتواند موج الکترومغناطیسی موجود در فضا رادریافت کند .جهت ریافت موج الکترومغناطیسی خورشیدی توسط آنتن باید ابعاد آنتن در مرتبه ای از اندازه طول موج ورودی به سطح آن باشد، لذاجهت دریافت تابش های خورشیدی که طو ل موج های ناحیه فروسرخ،مرئی و فرابنفش را شامل میشوند به آنتنی با ابعاد نانومتر نیاز است .

از آنجایی که استفاده از نانوآنتن های نوری برای جمع آوری انرژی خورشیدی ارائهدهنده یک را ه حل عملی با راندمان بالا نسبت به سایر فناوری های فتوولتاییک رایج مثل پنل های خورشیدی است، منجر به توسعه سریع درصنعت نانو و مواد نوری شده است.

از این رو با جایگذاری یکسوسازیمناسب در محل شکاف تغذیه نانو آنتن، توان DC مطلوب تولید می گردد .

در سیستم رکتن خورشیدی میلیون ها عدد نانوآنتن به همراه یکسو ساز مناسب در کنار یکدیگر قرار میگیرند و هر یک به صورت جداگانه به تولیدانرژی الکتریکی با استفاده از نور خورشید می پردازند.

تبدیل انرژی نورانی خورشید که توسط آنتن جذب گردیده است، توسط یکسوساز مناسب صورت می گیرد. دیود های مناسب این رنج فرکانسی 12MIM ها می باشند.

این دیود باید بتواند در فرکانسهای بیش از 30 تراهرتز کار کند. دیود شاتکیکه یک دیود نیمه هادی با افت ولتاژ پایین و سرعت پاسخدهی نسبتاً سریع می باشد توانایی یکسوسازی و آشکارسازی سیگنا لهای با فرکانس تا 5تراهرتز را دارد. 


دیود MIM به دلیل زمان تونلزنی فمتوثانیه ای وافزایشچشمگیر سرعت پاسخ دهی، میتواند به عنوان جایگزینی برای دیود شاتکیدر ناحیه فرکانسی فروسرخ و مرئی به کار رود.

از آنجایی که نانوآنتن ها توانایی جذب زاویه ای وسیعی دارند، حتی درصورت تابش مایل خورشیدی به سطح صفحه خورشیدی میزان بازده آنها تاحد قابل توجهی حفظ می شود. این سیستم همچنین میتواند انرژیتابیده شده از طرف زمین یا همان تشعشعات زمینی که ناشی از تابشه ایروزانه خورشید به سطح زمین هستند و در طو ل مو جهای 10 میکرومتر،یعنی فرکانس های حدود 90 تراهرتز رخ می دهند را جذب کند، به همیندلیل نانوآنتن های سیستم رکتن خورشیدی با جمع آوری این تشعشعات درطی شب و یا در شرایط آ ب وهوایی بد نیز می توانند به تولید انرژیالکتریکی بپردازند .

در حال حاضر ساختارهای دیودی و آنتنی به کار رفته در رکتن خورشیدی با استفاده از رو ش طرح نگار الکترونی ساخته میشوند .هرچند این رو ش ساخت، برای تولید در مقیاسهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی پرهزینه و وقت گیر است، اما اگر این ساختارها در حجم وسیع و با رو ش مناسب تولیدگردند، موجب کاهش هزینه و سرعت در فرآیند ساخت می شوند.


(نانو Rectenna ) نحوه ساخت و کاربردها 


ترکیب آنتن های نوری در کنار سیستم یکسوساز مناسب که به اختصار Rectenna نامیده می شود در سالهای اخیر در جهت تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی الکتریکی معرفی شده و به سرعت در حال توسعه و تحقیق می باشد. در حالی که راندمان سلو لهای خورشیدی رایج در بازار دربهترین حالت حدود 30 درصد است، راندمان دو الی سه برابر این مقدار برای Recten ها قابل حصول می نماید. 

لازم به ذکر است رکتن در سالهای اخیر خصوصا در موضوع انتقال توان در باند مایکروویو مورد مطالعه قرار گرفته است. برای نمونه در حالت تئوری برای تک فرکانس 9.2 GHz ، بیش ار 10 درصد راندمان پیش بینی شده است. البته این در حالی است که راندمان عملی ساخت این ادواد ممکن است کمی متفاوت باشد و باید در عمل مشخص گردد.

آنتن دیپل با پالریزاسیون خطی و طول 2/λ که پهنای باند نسبی 11 %دارد، قادر به جمع آوری حدود pW 75.2 خواهد بود.برای همین مشخصات در صورت استفاده از آنتن با پالریزاسیون دوبل،توان pW 5.5 حاصل خواهد گردید. با توجه به پایین بودن توان دریافتی هر آنتن مستقل،استفاده از آرایه های آنتی در این سلول مرسوم می باشد که قوانین و روشهای خاص خود را نیز دارد.

آنتن وسیله ای است که میتواند موج الکترومغناطیسی موجود در فضا رادریافت کند .جهت ریافت موج الکترومغناطیسی خورشیدی توسط آنتنباید ابعاد آنتن در مرتبه ای از اندازه طول موج ورودی به سطح آن باشد، لذاجهت دریافت تابش های خورشیدی که طو ل موج های ناحیه فروسرخ،مرئی و فرابنفش را شامل میشوند به آنتنی با ابعاد نانومتر نیاز است .از آنجایی که استفاده از نانوآنتن های نوری برای جمع آوری انرژی خورشیدی ارائهدهنده یک را ه حل عملی با راندمان باال نسبت به سایر فناوری های فتوولتاییک رایج مثل پنل های خورشیدی است، منجر به توسعه سریع درصنعت نانو و مواد نوری شده است.

  • پژوهشگر و نویسنده:  دکتر (  افشین رشید )