ساخت سلول‌ خورشیدی نازک‌تر از مو

zoomit.ir - بابک قهرمانی: گروهی از پژوهشگران در کره‌ی جنوبی توانسته‌اند سلول‌های خورشیدی بسیار نازک با ضخامت کمتر از ۱ میکرومتر بسازند. فناوری سلول‌های خورشیدی امروزه با سرعت فزاینده‌ای در حال پیشرفت است و به نظر می‌رسد که چشم‌انداز آغاز دوره‌ای جدید از قطع وابستگی به سوخت‌های فسیلی را پیش رویمان داشته باشیم. در این گزارش به بررسی بیشتر برخی از این دستاوردها می‌پردازیم.


الکتریسیته‌ی خورشیدی در حال حاضر کاملا در حال پیشرفت و اوج‌گیری است، این فناوری توانسته است تا موانع هزینه‌ای را که قبلا در مسیر خود داشت از پیش رو بردارد، این پیشرفت‌ به حدی بوده که در برخی از نقاط جهان، انرژی اضافی به دست آمده از نور خورشید را به صورت رایگان در مکان‌های مورد نیاز توزیع می‌کنند.

اما اگر بخواهیم به طور کامل از پتانسیل واقعی انرژی خورشیدی بهره‌مند شویم، باید به ساختارهایی فراتر از پانل‌های خورشیدی بزرگ که امروزه روی پشت بام‌ها به کار می‌روند فکر کنیم و به بررسی امکان ساخت موارد کوچک‌تر، سبک‌تر و حتی سلول‌های خورشیدی پوشیدنی بپردازیم.

این در واقع همان تفکری است که به پشتوانه‌ی آن، سلول‌های جدید فتوولتائیک فوق العاده نازک و انعطاف‌پذیر توسط گروهی از محققان در کره‌ی جنوبی توسعه یافته‌اند. این سازه‌ها دارای قابلیت خمیدگی بسیاری هستند و می‌توان آنها را پیرامون یک مداد یا چیزی حتی کوچکتر از آن پیچید. در تصویر بالا، ماده‌ی سلولی ساخته شده پیرامون لبه‌ی یک اسلاید شیشه‌ای با ضخامت ۱میلی‌متر پیچانده شده است. مهندس ژونگو لی (Jongho Lee) از موسسه‌ی علمی و صنعتی گوانگجو در این باره می‌گوید:

سلول فتوولتائیک ما در حدود ۱ میکرومتر ضخامت دارد.

این امر باعث می‌شود تا ضخامت آن سلول خورشیدی بسیار نازک‌تر از موی انسان باشد که معمولا بین ۱۰ تا ۲۰۰ میکرومتر ضخامت دارد. این گروه پژوهشی در حالی به چنین دستاوردی رسیده‌اند که سلول‌های فتوولتائیک استاندارد معمولا صدها برابر ضخیم‌تر از این مقدار نیز ساخته می‌شوند.

چنین نازکی مفرط بدین معناست که ممکن است ما روزی قادر به بکارگیری سلول‌های خورشیدی شگفت‌آور بسیار سبک برای دستگاه‌های الکترونیکی شخصی مانند دستبند سلامتی و عینک‌های هوشمند باشیم، به گونه‌ای که این دستگاه‌ها بتوانند توان مورد نیاز خود را به طور انحصاری توسط نور اطرافشان دریافت کنند. از سویی باید اشاره کنیم که چنین سازه‌ای به پانل‌های خورشیدی نیز میزان زیادی از انعطاف‌پذیری و قابلیت خم‌شدگی می‌بخشد که این امر واقعا می‌تواند برای استفاده در مواردی مانند پارچه و لباس که نیاز دارند به مقدار زیادی تطبیقی یا پوشیدنی باشند نیز مفید باشد.

تیم پژوهشی این ماده را با استفاده از مواد نیمه‌هادی گالیم آرسنید و پانچ سلول‌ها به طور مستقیم روی یک بستر انعطاف‌پذیر و سپس انجام جوش سرد سلول‌ها با الکترود در روی یک بستر توسعه داده‌اند. یک لایه‌ی فلزی در زیر فتوولتائیک به عنوان بازتاب‌دهنده‌ی هر گونه منحرف شده از روی سلول‌های خورشیدی عمل می‌کند.

در آزمایش پژوهشگران که شرح آن در ژورنال یاداشت‌های فیزیک کاربردی (Applied Physics Letters) منتشر شده است، آزمایش‌های خمش نشان داد که این سلول‌های فوق العاده نازک می‌توانند تا حدود شعاعی به میزان ۱.۴ میلی‌متر نیز پیچیده شوند، در حالی که در آزمایش‌ها تنها حدود یک چهارم این مقدار فشار در انواع دیگر سلول‌های خورشیدی نازک (با ضخامت‌های تا ۳.۵ میلی‌متر) ثبت شده است. لی در این مورد این چنین گفته‌ است:

سلول های نازک‌تر تحت خمش کمتر شکننده هستند، اما عملکرد آنها مشابه یا حتی کمی بهتر است.
ما پیش از این نیز یک رویکرد مشابه را در سلول‌های خورشیدی بسیار نازک در اوایل سال جاری دیده بودیم. در آن زمان، محققان در مرکز MIT فتوولتائیک‌های بسیار سبکی را ارایه داده بودند که می‌توانستند حتی درون یک حباب صابون نیز بدون ترکیدن آن باقی بمانند. تنها مشکل آن دسته از سلول‌های خورشیدی این است که آنها بسیار سبک هستند و در پاره‌ای از موارد شاید بتوانیم بگوییم که قابل استفاده نیستند. در آن زمان جوئل (Joel Jean) یکی از اعضای گروه پژوهشی MIT معتقد بود:

سلول به قدری حساس است که اگر اندکی تنفس تندی داشته باشید، ممکن است به این سلول آسیب برسد.

اما واقعیت این است که دانشمندان تنها به ساخت پانل‌های خورشیدی کوچک‌تر و سبک‌تر علاقه‌مند نیستند. علاوه بر این آنها همواره به سختی در تلاشند تا پانل‌های خورشیدی را کارآمدتر و پربازده‌تر سازند.

سال گذشته، دانشمندان دانشگاه استنفورد سلول‌های خورشیدی ارایه داده بودند که می‌توانست نور خورشید را به طور قابل توجهی بیشتر از پانل‌های سنتی جذب کند. این کار با استفاده از نانوسیم‌هایی صورت گرفته بود که به طور موثری باعث تماس فلز بالایی روی بخش پنهان سلول شده و این امکان را فراهم می‌کنند که سلول بدون مانع بتواند انرژی بیشتری از خورشید را جذب کند.

تنها در ماه گذشته، محققان دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) استرالیا یک رکورد جهانی جدید را برای بهره‌وری انرژی خورشیدی به ثبت رساندند. آنها سلول‌های فتوولتائیکی ساخته‌اند که می‌تواند بیش از یک سوم (۳۴.۵درصد) از انرژی خورشید را بدون متمرکزکننده برداشت کند. این تکنیک که از رکورد قبلی ۲۴ درصدی پیشی گرفته بود، می‌تواند با تقسیم نور خورشید ورودی به چهار گروه جداگانه، انرژی بیشتری را جذب کند. مارک کیورز (Mark Keevers) پژوهشگر در این مورد گفته بود:

این نتیجه‌ی دلگرم‌کننده نشان می‌دهد که هنوز هم جای پیشرفت در زمینه‌ی تحقیقات فتوولتائیک برای دستیابی به سلول‌های خورشیدی حتی کارآمدتر از این مقدار نیز وجود دارد. استخراج انرژی بیشتری از هر پرتو نور خورشید برای کاهش هزینه‌های برق تولید شده توسط سلول‌های خورشیدی حیاتی است، زیرا میزان سرمایه‌گذاری مورد نیاز را کاهش داده و بازگشت سرمایه‌ها را نیز تسریع می‌کند.

دیدن همه‌ی این پیشرفت‌های انجام گرفته در زمینه‌ی انرژی خورشیدی واقعا عالی است و با محاسبه‌ی دانشمندان درباره‌ی اینکه انرژی خورشیدی گرفته شده از پشت‌بام‌ها به تنهایی می‌تواند تقریبا نیمی از نیازهای توان ایالات متحده را تامین کند، به وضوح می‌توانیم بگوییم که ما تنها در آغاز یک روند گذار حماسی از دوره‌ی وابستگی به سوخت‌های فسیلی هستیم.