بهینه‌سازی سلول‌های خورشیدی زیستی به کمک پروتئین موجود در عروس دریایی
محققان دانشگاه صنعتی شریف به صورت آزمایشگاهی سلول های خورشیدی زیستی را به کمک پروتئین‌های موجود در عروس دریایی بهینه کرده‌اند. با بهینه‌سازی هرچه بیشتر تبدیل انرژی، این نوع سلول‌ها در آینده‌ای نزدیک می‌توانند جایگزین سلول‌های خورشیدی نسل قدیمی‌تر شوند.
با افزایش روزافزون جمعیت جهان، مسئله‌ی انرژی یکی از مهم‌ترین مسائل پیش روی بشر در 50 سال آینده خواهد بود. اغلب انرژی‌های موجود نیازمند احتراق سوخت‌های فسیلی هستند. استفاده از سوخت‌های فسیلی منجر به تولید گاز دی‌اکسید کربن و پدیده‌ی گرمایش زمین می‌شود. نور خورشید بهترین منبع انرژی برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی است. خورشید ده هزار برابر انرژی مصرفی بشر را تأمین می‌کند. انرژی خورشیدی به‌وسیله‌ی سلول‌های خورشیدی می‌تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود. تاکنون انواع مختلفی از سلول‌های خورشیدی با بازدهی‌های متفاوت تولیدشده‌است. تلاش‌ها برای کاهش هزینه‌های ساخت سلول‌های خورشیدی و همچنین معرفی نسل‌های جدید آن در سراسر جهان در حال انجام است.
دکتر راحله محمدپور با ارائه‌ی توضیحات اولیه در خصوص سلول‌های زیستی، در رابطه با اهداف دنبال شده در این طرح گفت: «سلول‌های خورشیدی زیستی نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک هستند که ساختار و عملکرد آن‌ها شبیه به برگ درخت است. در واقع در این نوع سلول‌ها با استفاده از پروتئین‌های حساس به نور، یک نوع برگ درخت مصنوعی تولید می‌شود. هدف از انجام این طرح بهبود عملکرد تبدیل انرژی سلول‌های خورشیدی زیستی با استفاده از مواد فعال نوری زیستی جدید بوده است.»
سلول‌های خورشیدی تولیدشده در این طرح هزینه‌ی تولید به‌مراتب پایین‌تری نسبت به سلول‌های خورشیدی نسل‌های قدیمی‌تر دارند و بازدهی تبدیل انرژی آن‌ها نسبت به سلول‌های خورشیدی زیستی گزارش شده بالاتر است. به‌علاوه، به دلیل اینکه بخش اعظمی از این سلول‌ها از نانوذرات پروتئینی ساخته شده اند، از خود خاصیت خود ترمیم شوندگی بروز می‌دهند.
محمدپور در ادامه پیرامون پروتئین‌های مورد استفاده در این سلول خورشیدی زیستی و نحوه‌ی عملکرد آن‌ها افزود: «در این طرح از مولکول‌های فعال نوری زیستی شامل پروتئین باکتریورودوپسین (استخراج شده از نوعی باکتری) و پروتئین فلورسانس سبز (تولید شده به‌صورت نوترکیب) جهت به دام انداختن نور استفاده شده است. جی اف پی نیز یک پروتئین فلورسانس موجود در عروس دریایی است که در سلول‌های خورشیدی زیستی تولید شده در این طرح، استفاده شده است. استفاده از پروتئین‌های زیستی علاوه بر اینکه امکان سازگاری با محیط‌زیست را فراهم می‌کند، پتانسیل خود ترمیم شوندگی را نیز مطابق با گونه‌های طبیعی مهیا می‌کند.
به گفته‌ی این محقق، در طی این پژوهش، الکترود نانوساختاری بر پایه‌ی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به‌عنوان بستر انتقال الکترون و نانوالیاف اکسید تیتانیوم جهت افزایش پراکندگی نور در الکترودها تهیه شده است. سپس پروتئین‌های فعال نوری باکتریورودوپسین و پروتئین از منابع موردنظر استخراج شده و بر روی الکترود نانوساختار ساخته شده در مرحله‌ی قبل تثبیت شده است. در ادامه از الکترود ساخته شده جهت ساخت سلول خورشیدی زیستی استفاده شده است. در انتها سلول خورشیدی تولید شده‌ی نهایی مشخصه یابی و بهینه‌سازی شده است.
حساس سازی فتوالکترود با پروتئین مقاوم باکتریوریداپسین منجر به تولید سلول خورشیدی زیستی با بازده 1 درصد شده است. استفاده از پروتئین فلورسانس سبز در کنار ٰ باکتریوریداپسین بازده سلول خورشیدی را تا بیش از 1/2 افزایش داده است.
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر راحله محمدپور- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف- سجاد جان‌فزا- دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه تربیت مدرس- و مهدی زین‌الدینی- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر- است. نتایج این کار در مجله‌یBiomass and Bioenergy (جلد 87، سال 2016، صفحات 35 تا 38) به چاپ رسیده است.
