सूर्य का प्रकाश ऊर्जा का एक अटूट स्रोत है, और बिजली उत्पन्न करने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग नवीकरणीय ऊर्जा की आधारशिलाओं में से एक है। पृथ्वी पर पड़ने वाली 40% से अधिक सूर्य की रोशनी अवरक्त, दृश्य और पराबैंगनी स्पेक्ट्रम से संबंधित है; हालाँकि, वर्तमान सौर तकनीक मुख्य रूप से दृश्य और पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग करती है। ऐसी प्रौद्योगिकियाँ जो सौर विकिरण के पूर्ण स्पेक्ट्रम का उपयोग करती हैं, जिन्हें कुल सौर ऊर्जा के रूप में जाना जाता है, अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में हैं।
(बाएं) सिंगल कॉपर-डोप्ड टंगस्टिक एसिड नैनोक्रिस्टल; (दाएं) नैनोक्रिस्टल की परमाणु रिज़ॉल्यूशन छवि।
होक्काइडो विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग कॉलेज के सहायक प्रोफेसर मेलबर्ट जिम और प्रोफेसर सेइची वतनबे के नेतृत्व में एक शोध दल ने पूर्ण सौर ऊर्जा उपयोग के साथ कॉपर-डोप्ड टंगस्टेट-आधारित सामग्री को संश्लेषित किया। उनके निष्कर्ष हाल ही में एडवांस्ड मटेरियल्स जर्नल में प्रकाशित हुए थे।
जिम बताते हैं: "वर्तमान में, सौर विकिरण के निकट और मध्य-अवरक्त स्पेक्ट्रम (800nm से 2500nm) का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए नहीं किया गया है। टंगस्टिक एसिड नैनोमटेरियल विकसित करने के लिए एक उम्मीदवार है जो इस स्पेक्ट्रम का शोषण कर सकता है क्योंकि इसमें दोषों के साथ एक क्रिस्टल संरचना होती है जो इन तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करती है।"
यूवी से अवरक्त प्रकाश तक टंगस्टेट क्रिस्टल के सापेक्ष प्रकाश अवशोषण का सारांश। 1, 5 और 10 तांबे की सांद्रता हैं जो नैनोक्रिस्टल को फोटोक्रिटिकल बनाने का कारण बनती हैं। छवि क्रेडिट: मेल्बर्टजीम एट अल। उन्नत सामग्री। 29 जुलाई 2023
तांबे की अलग-अलग सांद्रता के साथ डोप किए गए टंगस्टेट नैनोक्रिस्टल को संश्लेषित करने के लिए वैज्ञानिकों ने एक फोटोफैब्रिकेशन तकनीक का उपयोग किया, जिसे उन्होंने पहले विकसित किया था, माइक्रोक्रिस्टल के पानी के नीचे प्रकाश संश्लेषण। इन नैनोक्रिस्टलों की संरचना और प्रकाश अवशोषण गुणों का विश्लेषण किया गया; उनके फोटोथर्मल, फोटोअसिस्टेड जल वाष्पीकरण और फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल गुणों को मापा गया।
कॉपर-डोप्ड टंगस्टन ऑक्साइड नैनोक्रिस्टल प्रकाश के पूरे स्पेक्ट्रम को अवशोषित करते हैं, पराबैंगनी से दृश्य प्रकाश से लेकर अवरक्त तक; जब कॉपर डोपिंग की मात्रा 1% होती है, तो अवरक्त प्रकाश अवशोषण सबसे बड़ा होता है। 1% और 5% कॉपर-डोप्ड नैनोक्रिस्टल उच्चतम तापमान वृद्धि (फोटोथर्मल गुण) दिखाते हैं; 1% कॉपर-डोप्ड क्रिस्टल सबसे बड़ी जल वाष्पीकरण दक्षता भी दिखाते हैं, जो लगभग 1.0 किलोग्राम प्रति वर्ग मीटर प्रति घंटा है। 1% कॉपर-डॉप्ड नैनोक्रिस्टल के संरचनात्मक विश्लेषण से पता चला कि तांबे के आयन टंगस्टन ऑक्साइड की क्रिस्टल संरचना को विकृत कर सकते हैं, जिससे प्रकाश अवशोषित होने पर गुण देखे जा सकते हैं।
वतनबे ने निष्कर्ष निकाला, "हमारी खोज पूर्ण सौर ऊर्जा को संश्लेषित और उपयोग करने में सक्षम नैनोक्रिस्टल के डिजाइन में एक बड़ी प्रगति का प्रतीक है।" "हमने प्रदर्शित किया है कि कॉपर डोपिंग पूर्ण सौर ऊर्जा उपयोग के माध्यम से टंगस्टेट नैनोक्रिस्टल में कई गुण प्रदान करता है। यह इस क्षेत्र में आगे के शोध और अनुप्रयोगों के विकास के लिए एक रूपरेखा प्रदान करता है।"