محققان دانشگاه علم و صنعت ایران موفق به تولید نسل چهارم سلول‌های خورشیدی شده‌اند

سلول‌های خورشیدی آینده

پیش از این سه نسل از سلول‌های خورشیدی در جهان تولید شده بودند که به گفته محققان دانشگاه علم وصنعت به تازگی نسلی جدیدتر نیز تولید شده‌ است. سلول‌های خورشیدی بلورسیلیکونی که نسل اول را تشکیل می‌دهند با استفاده از مواد معدنی ساخته می‌شوند. برای تولید این نوع سلول‌های خورشیدی باید مواد اولیه را بین ۱۴۰۰ تا ۲۰۰۰ درجه در حضور مواد شیمیایی خطرناکی حرارت دهند. رسیدن به چنین دمایی، هم به انرژی زیادی نیاز دارد و هم گاز‌های آلاینده شدیدی مانند اسید کلریدریک و گاز گلخانه‌ای دی‌اکسیدکربن تولید می‌کند که با وجود ارزش بالای این سلول‌ها با منطق اصلی ساخت سلول‌های خورشیدی مغایرت دارد. آنچه امروزه در بازار سلول‌های خورشیدی یافت می‌شود عمدتا از این نوع است و تولید کنندگان اصلی آن نیز کشورهای پیشگام در صنایع الکترونیک مانند آمریکا، آلمان، ژاپن، اسپانیا و بتازگی چین و کره جنوبی هستند. تولیدکنندگان دیگری با ساخت نوع لایه نازک از این نوع سلول‌ها با بازدهی متفاوت و برای مصارف مختلف، نسل دوم سلول‌های خورشیدی را نیز ارائه کردند، اما نسل سوم این سلول‌ها از مواد اولیه‌ای کاملا متفاوت بهره می‌برند.

تفاوت نسل سوم و چهارم

هر چند سلول‌های خورشیدی آلی که به نسل سوم مشهورند هنوز در مرحله آزمایشگا‌هی به سر می‌برند، اما به لحاظ ویژگی‌های خارق‌العاده‌ای که دارند به‌شدت مورد توجه هستند و کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند به زودی در بسیاری از موارد می‌توانند جایگزین مناسبی برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی باشند. سلول‌های خورشیدی آلی آلایندگی کمتری در فرآیند تولیدشان داشته و نیاز به حرارت بسیار زیاد هم ندارند. همچنین زباله‌های آنها آلایندگی زیست‌محیطی کمتری دارد و زمان بسیار کوتاه‌تری نسبت به سیلیکونی‌ها طول می‌کشد تا زباله آنها در طبیعت تجزیه و بی‌خطر شوند.

نسل چهارم سلول‌های خورشیدی که در دانشگاه علم و صنعت ساخته شده است.

البته دکتر رسول اژئیان، استاد دانشکده فیزیک دانشگاه علم و صنعت و از محققان حوزه سلول‌های خورشیدی در ایران خارق‌العاده‌ترین ویژگی این نوع سلول‌های خورشیدی را به شکل دیگری معرفی می‌کند: انعطاف‌پذیری سلول‌های خورشیدی آلی، جالب‌ترین ویژگی آ‌نهاست که جذابیت خاصی به آنها در کاربردهایی مانند نمای ساختمان و معماری خورشیدی داده است. وی می‌افزاید: حتی می‌توان این نوع سلول‌های خورشیدی را روی سطوح مختلف چاپ کرد. اکنون آلمانی‌ها در زمینه توسعه روش‌های چاپ سلول‌های خورشیدی آلی تحقیقات وسیعی می‌کنند. شاید روزی هم در بافت پارچه لباس شما رشته‌هایی از سلول خورشیدی آلی به کار رفته باشد. آن وقت می‌توانید تلفن همراه خود را با اتصال به لباس‌تان شارژ کنید. سلول‌های خورشیدی نسل سوم از پلیمرها و مواد آلی استفاده می‌کنند، اما به تازگی دانشمندان با الهام‌گیری از طبیعت موفق به ساخت سلول‌های خورشیدی با استفاده از پروتئین‌ها شده‌اند که تا حدودی مشابه سلول‌های خورشیدی آلی هستند.

فرصت‌های اقتصادی پیش رو

استاد دانشگاه علم و صنعت ایران بر این باور است که به زودی سلول‌های خورشیدی آلی و پروتئینی، جایگزین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی خواهند شد و ایران نیز به دلیل توانمندی‌های موجود در این عرصه می‌تواند سهمی از بازار را از آن خود کند. علاوه بر این وی معتقد است نفت و گاز که منبع اصلی مواد اولیه مورد نیاز سلول‌های خورشیدی آلی هستند، مزیت نسبی مناسبی برای کشورمان به وجود آورده‌اند. به گفته دکتر اژئیان، مزیت اقتصادی آینده کشور در گرو برنامه‌ریزی صحیح آینده نگرانه امروز ما همراه با تقسیم کار و همکاری صمیمانه همه گروه‌های صاحب نظر است تا بتوانیم از ارزش افزوده زیاد این هیدروکربن‌ها به جای خام فروشی آنها بهره‌مند شویم. این محقق حوزه سلول‌های خورشیدی می‌گوید: ‌اکنون در کشور ما کارهای موازی زیادی انجام می‌شود. در حالی که نیاز است دانشگاه‌‌ها و مراکز پژوهشی ایرانی هر یک بخشی از کار را که در آن توانمندترند به عهده بگیرند و کارهای انجام شده را تکرار نکنند. وی می‌افزاید: به طور مثال دانشگاه علم وصنعت ایران بهتر است فعالیت خود را روی ساخت سلول خورشیدی لایه نازک آلی متمرکز کرده و کار تولید انواع دیگر سلول‌ها، استخراج مواد اولیه ازهیدروکربن‌های حلقوی موجود در نفت و گاز، تلخیص و سنتز انواع مواد مورد نیاز سلول مانند پلیمرهای ‌رسانا را به دانشگاها و مرکز پژوهشی دیگری بسپارد که تخصص بیشتری در این زمینه‌هادارند.

این عکس سطح لایه ی پروتئینی را در سلول های خورشیدی زیستی نشان می‌دهد. گوی‌های کوچکی که در شیارها پخش شده‌اند که ابعاد کوچک‌تر از 20 نانومتر دارند. تصویر با میکروسکوپ الکترونی SEM گرفته شده است. عکس: ستاره کاظم‌زاده

3 حوزه اصلی سرمایه‌گذاری

دکتر اژئیان سه حوزه اصلی که لازم است برای توسعه سلول‌های خورشیدی آینده در کشور روی آنها سرمایه‌گذاری شود را این گونه معرفی می‌کند: عده‌ای که در استخراج و سنتز پلیمرها تخصص دارند باید روی مواد مورد نیاز این گونه سلول‌های خورشیدی تحقیق کنند و سنتز مواد را انجام دهند. ما هم روی ساخت و بهبود کیفیت این سلول‌ها کار کنیم، اما با بهینه‌سازی نمونه‌های آزمایشگاهی هم کار خاتمه نمی‌یابد؛ بلکه پژوهشگران دیگری نیز باید روش‌های ساخت نیمه‌صنعتی و سپس صنعتی سلول‌های خورشیدی جدید را توسعه دهند. در حال حاضر چون کار تولید مواد اولیه با خلوص قابل اطمینان در مراحل آزمایشگاهی قرار دارد، محققان سلول‌های خورشیدی آلی مجبور به ساخت یا خرید مواد اولیه به قیمت زیاد از کشور‌های صنعتی هستند که این مسأله علاوه بر افزایش هزینه غیر متعارف تولید، تمرکز روی تحقیق اصلی را از بین می‌برد. لذا زنجیره‌ای از فعالیت‌های فناوری علمی و صنعتی (از استخراج مواد اولیه، کنترل کیفیت، ساخت بهینه شده و بازاریابی) باید در کشور شکل بگیرد تا ازبه هم پیوستن اجزای آن، دستیابی به مرزهای دانش آینده و افزایش ثروت ملی محقق شود.

آینده از آن سلول‌های خورشیدی آلی و پروتئینی

حرکت جهانی به سوی استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به‌ویژه انرژی لایزال خورشیدی موجب رشد سریع بازار فناوری‌های مرتبط طی سال‌های اخیر شده است. در این میان سلول‌های خورشیدی جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده‌اند و پیش‌بینی می‌شود با ظهور نسل‌های جدید سلول‌های خورشیدی که از قابلیت‌های ویژه‌ای مثل انعطاف‌‌پذیری، آلایندگی کمتر، امکان تولید ارزان‌تر به روش چاپ و… برخوردارند، این جایگاه به صورت قابل ملاحظه‌ای ارتقا یابد.

منبع:جام جم