افشانه انرژی‌زای پاک

وابستگی بشر به سوخت‌های سنگواره‌ای (فسیلی) در سال‌های اخیر بسیار شدید شده است. این سوخت‌ها علاوه بر مضرات فراوان، نظیر آلودگی هوا و آسیب‌رسانی به زیست‌بوم زمین، روزی تمام خواهد شد و اگر جایگزین مناسبی برایشان یافت نشود به علت وابستگی بسیاری از صنایع و ماشین‌آلات صنعتی و حتی مردم عادی به آنها، مشکلات بسیار زیادی پدید خواهد آمد.

کد خبر: ۷۱۲۷۴۹

به همین سبب، پیشنهادهای زیادی مبنی بر استفاده از انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر همانند انرژی خورشیدی مطرح شده که باوجود برخورداری از ویژگی‌های بسیار مناسب، هنوز شرایط استفاده بهینه و ارزانقیمت را ندارند.

صفحات خورشیدی دو مشکل اساسی دارند که تاکنون نیز پس از دهه‌ها تحقیق و توسعه پابرجا هستند. اولین مشکل مربوط به انعطاف‌ناپذیری صفحات خورشیدی است که نمیتوان از آنها در بسیاری از مکان‌ها استفاده کرد. دومین مشکل نیز به قیمت بسیار زیاد این نوع محصولات بازمی‌گردد.

دانشمندان و محققان دانشگاه شفیلد موفق به تولید محصولی شده‌اند که با استفاده از افشانه (اسپری) پروسکایت می‌تواند هر نوع سطحی را به سلول خورشیدی تبدیل کند.

پروسکایت، فلزی آلی است و ساختار بلوری دارد و تقریبا در سراسر جهان نیز به وفور یافت می‌شود. کشف این ماده به 150 سال قبل بازمی‌گردد، اما تنها در این چند سال بوده که دانشمندان متوجه قابلیت‌های این ماده شده‌اند و تحقیقات خود را روی آن به عنوان ماده اصلی در ساخت سلول‌های خورشیدی آغاز کرده‌اند. با استفاده از پروسکایت در مقام ماده‌ای نیمه‌رسانا می‌توان به طور کامل با سیلیکون خداحافظی کرد و استفاده از این ماده سخت و گران را حداقل در حوزه تولید صفحات خورشیدی کنار گذاشت.

از لحاظ قیمت، پروسکایت صرفه اقتصادی زیادی دارد، جالب است بدانید که عکس این موضوع در مورد سیلیکون صحت داشته و مقدار کمی از این ماده قیمت زیادی دارد. برتری دوم پروسکایت به سیلیکون، میزان بهره‌وری در تولید انرژی نسبت به ضخامت مورد استفاده است. هم اکنون لایه‌ای به ضخامت یک میکرومتر از پروسکایت می‌تواند نور مورد نیاز را از خورشید برای تولید انرژی دریافت کند؛ اما این میزان در مورد سیلیکون به 180 میکرومتر می‌رسد. بنابراین منطقی است که از نظر میزان ماده مورد استفاده، پروسکایت بهصرفه‌تر باشد؛ چرا که علاوه بر قیمت کمتر به میزان کمتری از این ماده برای بهره‌برداری نیاز است.

همین موضوعات دستمایه تحقیق گسترده پژوهشگران دانشگاه شفیلد قرار گرفت تا اکنون به طرح تولید صفحات خورشیدی با افشانش سلول‌های خورشیدی روی سطوح مختلف به عنوان راه‌حلی جهانی برای حل بحران انرژی نگریسته شود.

پرسش مهمی که در این بین ذهن بسیاری را به خود مشغول کرده، این که میزان بهره‌وری این ماده چقدر است؟ دانشمندان موفق شده‌اند با استفاده از لایه نازکی از پروسکایت، 11 درصد انرژی خورشید را جذب کنند. نمونه‌های تجاری از صفحات خورشیدی که با استفاده از مواد معدنی ساخته شده‌اند موفق به جذب 19 درصد از انرژی خورشید شده‌اند. البته طی چند ماه آینده و با بهینه‌سازی روش‌های ساخت، میزان بهره‌وری افشانه پروسکایت نیز به این میزان خواهد رسید؛ اما جذب حداقل 20 درصد از انرژی خورشیدی برای صفحات خورشیدی ضروری به نظر می‌رسد. این در حالی است که سلول‌های خورشیدی ساخته شده از سیلیکون در حال حاضر موفق به جذب 25درصدی نیز شده‌اند.

ویژگی اساسی پروسکایت، میزان ضخامت این ماده با توجه به عملکرد مناسب آن است. با عنایت به قابلیت‌های این ماده آلی، می‌توان از آن روی هر سطحی استفاده کرد؛ بدون این که نگران ماتی و کدری سطح بود. این موضوع ممکن است به تولید صفحات خورشیدی جدیدی منجر شود که در نگاه اول بسیار معمولی و شفاف به نظر می‌رسند و با چشم غیرمسلح نمی‌توان متوجه حضورش شد.

محققان دانشگاه شفیلد حتی پای را از این هم فراتر گذاشته‌ و این موضوع را مطرح کرده‌اند که می‌توان گوشی‌های موبایل و تبلت‌ها را نیز به صفحات خورشیدی تبدیل کرد بدون آن که اخلالی در عملکرد اصلی این وسایل به وجود بیاید. حتی می‌توان با استفاده از روش افشانش پروسکایت، سطوح منحنی را نیز به سطوحِ تولیدکننده برق با استفاده از انرژی خورشیدی تبدیل کرد.

فرآیند افشاندنِ ماده برتری‌های زیادی نسبت به روش سنتی تولید صفحات خورشیدی با استفاده از سطوح صاف و یکنواخت دارد. می‌توان با استفاده از افشانش، تمام سطوح مورد نظر را به یک سلول خورشیدی تمام‌عیار و کارآمد بدون وجود محدودیت‌های دست‌و‌پاگیر تبدیل کرد.

همچنین می‌توان از این روش برای تولید صفحات خورشیدی کوچک برای ابزارهای الکترونیکی شخصی مانند رایانه و حتی وسایل و ماشین‌های بزرگ مانند خودرو نیز استفاده کرد. (ضمیمه سیب)