دستاوردی بزرگ در مهار انرژی خورشیدی با مواد تازه

فیزیکدانان دانشگاه تولیدو در‌حال تلاش برای بهبود باورنکردنی عملکرد سلول‌های خورشیدی هستند. آن‌ها درزمینه‌ی استفاده از فرمول‌ شمیایی و فرایند ساخت مواد جدید، به پیشرفت‌های شگفت‌انگیزی دست یافته‌اند و امیدوارند موفق به ساخت سلول‌های خورشیدی با راندمان فوق‌العاده زیادی شوند که تاکنون نظیر آن‌ها تولید نشده است و با این کار بحران انرژی را در سراسر جهان برطرف کنند.

ماده‌ای که دانشمندان قصد دارند از آن برای ساخت این گونه سلول‌ها و بهره‌گیری حداکثری از انرژی خورشیدیاستفاده کنند، سلول خورشیدی پروسکایت دولایه (پروسکایت، هیبرید آلی-معدنی هالید سرب یا قلع است که به دست انسان ساخته می‌شود) نام دارد.

فیزیکدانان برای به ثمر رساندن نتایج پژوهش‌های خود در‌حال مشارکت با اعضای مؤسسه‌ی ملی پژوهشی انرژی تجدیدپذیر آمریکا در دانشگاه کلرادو هستند. طبق گفته‌ی پروفسور یانفا یان، استاد فیزیک در دانشگاه تولیدو، پنل‌ های خورشیدی مجهز به سلول‌های خورشیدی پروسکایت، در آینده‌‌ای نزدیک وارد بازار مصرفی خواهند شد.

پروسکایت‌ها موادی مرکب و دارای ساختار کریستالی خاصی هستند که ازطریق واکنش‌های شیمیایی شکل می‌گیرد. در سلول‌های خورشیدی جدیدی که درباره‌ی آن‌ها صحبت می‌کنیم، این مواد جایگزین سیلیکون می‌شوند؛ سیلکیون ماده‌ای است که در سلول‌های خورشیدی فتوولتاییک (سلول‌های خورشیدی مورد استفاده برای تولید برق از انرژی خورشیدی) امروزی، برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق استفاده می‌شود.

یان درباره‌ی این سلول‌های خورشیدی و به‌طور کلی انرژی خورشیدی این چنین می‌‌‌گوید:

ما در‌حال تولید نوع جدیدی از سلول‌های خورشیدی با کارایی فوق‌العاده بالا و قیمت پایین هستیم که می‌توانند به حل بحران انرژی کمک زیادی کنند. این کار ما باعث حفظ سیاره‌ی زمین برای فرزندانمان و نسل‌های آینده می‌شود. در‌حال‌حاضر استفاده از سوخت‌های فسیلی مشکلات زیادی برای بشر به وجود آورده است و تیم پژوهشی درحال بررسی روش جدیدی برای استفاده از انرژی‌های پاک هستند.
در مقاله‌ی پژوهشی جدیدی که در مجله‌ی ساینس (Science) منتشر شده، تلاش تیم پژوهشی ساخت سلول‌های خورشیدی فتوولتاییک، برای ترکیب سرب و فلز و ایجاد آلیاژی از این دو فلز برای به حداکثر رساندن سلول‌های خورشیدی، شرح داده شده است. در‌حال‌حاضر پژوهشگران موفق شده‌اند راندمان سلول‌های خورشیدی را به ۲۳ درصد برسانند که درمقایسه‌با راندمان ۱۸ درصدی سلول‌های سیلیکونی، پیشرفت درخور توجهی است.

دانشمندان قبلا برای تقویت محسوس خصوصیات مرتبط با ویژگی الکتریک نوری (تولید، شناسایی و کنترل نور) در پوشش‌های پروسکایت که درواقع ترکیبی از قلع و سرب هستند، از ماده‌ای شیمیایی به‌نام گوآنیدینیوم تیوسیانات، استفاده کرده‌اند.

دکتر سانجای کارِی از سازمان فیزیک و نجوم دانشگاه تولیدو اذعان کرد که مجله‌ی ساینس یکی از معتبرترین نشریه‌هایعلمی دنیا محسوب می‌شود. در مجله‌ی نیچر (Nature) که یکی دیگر از منابع علمی معتبر دنیا است، نیز پژوهش‌های دیگر دکتر یان منتشر شده است. درضمن دکتر یان مدتی قبل ماده‌‌ی سفیدی کشف کرده است که می‌تواند کارایی لامپ‌های ال ای دی و تقاضای خرید این لامپ‌ها را افزایش دهد. به نظر دکتر کاری نیز نتایج پژوهش‌های دکتر یان می‌تواند به افزایش استفاده از انرژی‌های پاک کمک کند.

اعضای تیم پژوهشی دکتر یان درحدود پنج سال پیش ویژگی‌های ایده‌آل مواد پروسکایت را شرح دادند. دکتر یان ۲۰ سال از عمر خود را صرف ساخت سلول‌های خورشیدی دولایه‌ی تمام پروسکایتی کرده است که در آن‌ها دو نوع سلول خورشیدی متفاوت، به یکدیگر متصل شده‌اند که می‌توانند با استفاده از دو بخش مختلف طیف نور خورشید، میزان تولید برق را افزایش دهند.

وزارت نیروی آمریکا ماه گذشته به دکتر یان کمک هزینه‌ای معادل ‍۱٫۱ میلیون دلار برای ادامه‌ی فعالیت‌های پژوهشی او و مشارکتش با مؤسسه‌ی ملی پژوهشی انرژی تجدیدپذیر، پرداخت کرد. نظر خود یان درباره‌ی مواد پروسکایت این چنین است:

این همان ماده‌ای است که مدت انتظار آن را کشیده‌ایم؛ صنعت خورشیدی هم چشم‌انتظار پروسکایت‌ها است و افراد فعال در این حوزه نیز به‌دنبال استفاده از آن‌ها هستند؛ به‌طوری‌ که برخی از افراد سرمایه‌گذاری در این زمینه را آغاز کرده‌اند.
یان متخصص نظریه‌‌ی نقص فیزیکی و الکترونیکی نیمه‌رساناها، ترکیب مواد با یکدیگر و ساخت سلول‌های خورشیدی فیلم نازک است.

دکتر جااُنینک سانگ، عضو سازمان فیزیک و نجوم دانشگاه تولیدو و یکی از صاحب‌نظران این مطالعه، درباره‌ی سلول‌های خورشیدی جدید این چنین می‌گوید:

هدف این پژوهش ایجاد سلول‌های خورشیدی ارزان‌قیمت‌تر و کارآمدتر است که می‌توانند رقیب سلول‌های فتوولتاییک سیلیکونی کنونی باشند یا حتی از آن‌ها پیشی بگیرند.
وی در ادامه گفت:

سلول‌های خورشیدی ما که به یکدیگر متصل و با دو لایه پروسکایت پوشانیده شده‌اند، در تبدیل انرژی خورشید به برق عملکرد بهتری دارند و حتی استفاده از آن‌ها می‌تواند هزینه‌ی تولید پنل‌های خورشیدی را کاهش دهد؛ بنابراین به‌کارگیری این مواد می‌تواند زمینه‌ساز پیشرفت بزرگی در ساخت سلول‌های فتوولتاییک شود.
با اینکه اعضای تیم پژوهشی دکتر یان، سطح کیفی مواد و فرایند تولید آن‌ها با هزینه‌ی کم را ارتقا داده‌اند؛ اما این کار هنوز نیازمند انجام پژوهش‌های بیشتری است.

سانگ درباره‌ی این موضوع این چنین می‌گوید:

تهیه‌ی پروسکایت‌ها و ساخت سلول‌های خورشیدی با استفاده از آن‌ها هزینه‌ی کمی دارد؛ اما میزان دوام این سلول‌های خورشیدی هنوز نامشخص است و باید برای افزایش دوام و کارایی آن‌ها بیشتر تلاش کنیم.
طبق گفته‌ی یان، باتوجه به اینکه سرب ماده‌ای سمی است، او و اعضای تیم پژوهشی‌اش باید مطمئن شوند که پنل‌های خورشیدی ساخته‌شده با آن‌ها، بازیافت‌شدنی خواهند بود تا در آینده به محیط‌زیست آسیب نزنند.

منبع: زومیت

763