سلول خورشیدی با طعم اسفناج!

اسفناج سرشار از مواد مفید برای بدن است. پروتئین موجود در اسفناج، به نام فتوسیستم ۱ می‌تواند با جذب نور خورشید موجب برانگیختگی و انتقال الکترون گردد، این کار بخشی از فرآیند فتوسنتز است که در برگ گیاه صورت می‌پذیرد. در سلول‌های خورشیدی نیز برای تولید انرژی الکتریکی، همین کار را با استفاده از ماده فعال نوری (ماده آلی و یا معدنی) انجام می‌دهند.

الهام گیری از این بخش اولیه فرآیند فوتوسنتز، موجب شد که محققان دانشگاه علم و صنعت ایران به سرپرستی دکتر رسول اژئیان، به فکر جایگزین کردن ماده فعال سلول های خورشیدی امروزی با پروتئین فتوسیستم ۱ بیفتند. درنهایت محققان پس از یک سال و نیم تحقیق با همکاری دکتر غلامحسین ریاضی، آزمایشگاه بیوشیمی انستیتو بیوفیزیک – بیوشیمی دانشگاه تهران موفق شدند به ایده ساخت سلول‌های خورشیدی پروتئینی جامه عمل بپوشانند.

رقیب اروپایی

امروزه عمده تلاش‌های مراکز تحقیقاتی جهان معطوف به ساخت و بهبود سلول‌های خورشیدی نسل سوم  است که به استفاده از مواد آلی به جای مواد سیلیسیومی تاکید دارند. محققین ایرانی نیز در چنین شرایطی به فکر ساخت سلول خورشیدی بیوهیبریدی حاوی پروتئین افتادند. اما در حالی که خانم طلیعه سادات غیاثی، پژوهشگر آزمایشگاه لایه نازک دانشکده فیزیک دانشگاه علم و صنعت ایران در آخرین مراحل تحقیقات خود تلاش می کرد، مقاله‌ای از سوی دانشگاه خورنینگن هلند در مجله «مواد پیشرفته» (Advance material)  منتشر شد که نشان داد آنها نیز همزمان در حال توسعه فناوری سلول‌های خورشیدی با پروتئین استخراجی از نوعی باکتری بوده‌اند و کمی زودتر از محققان ایرانی ، نتایج نمونه خود را گزارش کرده‌اند.

پژوهشگران ایرانی در همین راستا  موفق به استخراج پروتئین فتوسیستم 1 و به کارگیری آن در ساختار سلول خورشیدی شدند و توانستند سلولهایی با بازدهی قابل مقایسه با انواع معدود ساخته شده در دانشگاه های مطرح جهان بسازند. هر چند این بازدهی در برابر بازده سلولهای خورشیدی قدیمی‌تر به نظر پایین می‌رسد؛ اما مهندس غیاثی، پژوهشگر این پروژه می‌گوید:« در مورد سلول‌های خورشیدی پروتئینی (Bio sollar cells) به این مهم باید توجه داشت که اینها به تازگی تولید شده‌اند و مشکلات اولیه نمونه های آزمایشگاهی خود را دارند.» بنابر آخرین یافته‌های محققان در حال حاضر سلول‌های خورشیدی گالیوم ارسنایت (GaAs) از بازدهی در حدود 28 تا  40 درصد برخوردارند. همچنین سلول‌های خورشیدی تک بلور سیلیسیومی در حدود  22 درصد بازدهی دارند، سلولهای خورشیدی پلی کریستال و یا بدون شکل  سیلیسیومی نیز بازدهی در حدود 12 درصد از خود نشان داده‌اند ونهایتا بازده سلولهای خورشیدی آلی ۱ تا 11 درصد است. البته به تازگی راندمان تا 20 درصد هم از سلول های خورشیدی جدید پروسکایتی گزارش شده ، که پایداری آنها هنوز مطلوب نیست.

 با وجود آنکه اولین نمونه‌های ساخته شده از بازدهی کمی برخوردارند اما  دانشمندان معتقدند ظرفیت سلول‌های خورشیدی حاوی پروتئین به گونه‌ای است که بازده آنها می‌تواند تا میزان بسیار بالاتری نسبت به سلول‌های خورشیدی آلی و حتی سیلیسیومی افزایش یابد، دکتر ریاضی در این باره می‌گوید:« در طبیعت جذب نور و فتوسنتز با بازدهی بسیار بالایی انجام می‌شود که این کار با کمک سلول‌های پروتئینی انجام می‌شود. بنابر این سلول‌های خورشیدی ساخته شده با پروتئین نیز ظرفیت این را خواهند داشت که با بازدهی بسیار بالاتر از سلولهای خورشیدی دیگر کار کنند.»‌

سلول های خورشیدی‌ آینده

سلول‌های خورشیدی سیلیسیومی معمول که در بازار موجود هستند، بازدهی نسبتا بالایی در تبدیل نور خورشید به انرژی الکتریکی دارند، اما تولید آنها مشکل وگرانقیمت بوده و از آنجا که مواد اولیه در این نوع سلول‌های خورشیدی باید ۱۴۰۰ تا ۲۰۰۰ درجه حرارت دریافت کنند، نیازمند صرف انرژی بسیار زیادی است. همچنین در پروسه تولید آن ها از مواد آلاینده ای مانند تری کلرو سیلان (SiHCl₃ trichlorosilane) استفاده شده و از رآکتور تولیدی آن گازهای آلاینده خطرناکی مانند اسیدکلریدریک HCl و گازهای گلخانه‌ای  (CO₂) خارج می‌شود. فارغ از مسئله آلودگی در پروسه تولید، پسماند سلولهای خورشیدی سیلیسیومی مانند همه پسماندهای الکترونیک مشکل ساز است.

امروزه پسماندهای الکترونیک در حال تبدیل شدن به یک بحران جدی است، یکی از مهم ترین ویژگی های زباله های الکترونیک، وجود عناصر سمی فراوان ازجمله فلزات سنگین است که سرنوشت آنها در زباله های شهری می تواند به پیامدهای نامطلوب و متعددی برای سلامت انسان و محیط زیست منتهی شود.

ایجاد آلودگی توسط سایر محصولات الکترونیکی شاید یک پیامد جانبی محسوب شود اما برای سلول‌های خورشیدی که با هدف حفاظت محیط زیست ساخته می‌شوند، تناقض جدی داشته و ماهیت آنها را زیر سئوال می‌برد.

بنابراین  پژوهشگران، ساخت سلول‌های خورشیدی آلی پلیمری را در پیش گرفتند که در آنها از پلیمرهای آلی استفاده می‌شود. این سلول‌های خورشیدی  پلیمری هنوز نتوانسته‌اند در بازدهی به سلول های سیلیسیمی برسند، اما فارغ از عدم آلودگی پروسه تولید و مشکلات پسماند های آنها، انعطاف پذیری ، امکان تولید به روش چاپ کردن و سهولت مصرف موجب شده تا دانشمندان در تمام دنیا  تلاش‌های بسیاری را برای تجاری کردن آنها صورت دهند.

دکتر اژئیان در این باره می‌گوید: « شما می‌توانید در آینده نه چندان دور لباس‌هایی را از بازار بخرید که با قرار گرفتن در نور خورشید تلفن همراه شما را شارژ می‌کند زیرا در پارچه آنها از سلول‌های خورشیدی آلی یا پروتئینی استفاده شده است و ما باید با تحقیقات بنیادی آینده نگرانانه جایگاه کشور خودمان را در این صنعت بزرگ پیدا کنیم ».

 وی در ادامه می‌افزاید:«امید است که با به کارگیری ساختارهای زیستی فعال نوری همچون پروتئین ذکر شده، در ساختار این سلول های خورشیدی، عملکرد آنها را بهبود بخشیم.»

 

 

 

No tags for this post.