مجله اینترنتی واوک

وقتی سلول‌های خورشیدی در نبود خورشید هم کار می‌کنند!

نیاز انسان به انرژی روز‌به‌روز افزایش می‌یابد به همین خاطر است که پژوهشگران همواره به دنبال تأمین انرژی از منابع مختلف تجدید‌پذیر هستند. یکی از این منابع که طی ۲۰ سال اخیر، از آن استفاده شده، انرژی خورشیدی است. خورشید در هر ثانیه حدود ۱۰۰۰ ژول انرژی به هر متر مربع از سطح زمین منتقل می‌کند که با جمع‌آوری کردن آن می‌توان انرژی مورد نیاز برای کارهای مختلفی را تأمین کرد. انرژی که از طریق خورشید به زمین می‌رسد ۱۰۰۰۰ بار بیشتر از انرژی مورد نیاز انسان است. مصرف انرژی در سال ۲۰۵۰ یعنی سال ۱۴۲۹ شمسی، ۵۰ تا ۳۰۰ درصد بیشتر از مصرف امروزی آن خواهد بود. با این حال اگر فقط ۱/۰ درصد از سطح زمین با مبدل‌های انرژی خورشیدی پوشیده شوند و تنها ۱۰٪ بازده داشته باشند برای تأمین انرژی مورد نیاز بشر کافی است.
سلول خورشیدی و یا سلول فتوولتاییک یک قطعه الکترونیکی حالت جامد است که بخشی از انرژی خورشیدی دریافتی را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌‌کند. این تبدیل انرژی توسط اثر فتوولتاییک که یک پدیده فیزیکی شیمیایی است صورت می‌‌گیرد.

سلول خورشیدی

انواع و فناوری ساخت سلول‌‌های خورشیدی

در منابع مختلف انواع گوناگونی از تقسیم بندی‌‌ها در زمینه سلول‌‌های خورشیدی انجام می‌‌شود. در ادامه تقسیم‌بندی ارایه شده که تا حدی براساس ترتیب زمانی پیدایش آن‌‌ها نیز هست.
۱- سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کریستالی
۲- سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون لایه نازک غیرکریستالی
۳- سلول‌‌های خورشیدی لایه‌نازک GaAs
۴- سلول‌های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی
۵- سلول‌‌های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی

در حال حاضر دو فناوری نسل اول و نسل دوم در ساخت سلول‌های خورشیدی بیشتر مورد توجه قرار دارند و استفاده می‌شوند:
فناوری نسل اول که بر پایه ویفرهای سیلیکونی با ضخامت ۴۰۰–۳۰۰ میکرومتر است، ساختاری بلوری یا چند بلوری دارند و با کمک خاصیت مویینگی رشد داده می‌شوند.
فناوری نسل دوم یا تکنولوژی لایه نازک، براساس لایه‌نشانی نیمه‌هادی روی بسترهای شیشه‌ای، فلزی یا پلیمری، در ضخامت‌های ۵–۳ میکرومتر است.
هزینه مواد اولیه در فناوری نسل دوم پایین‌تر است و از آن گذشته، اندازه سلول تا ۱۰۰ برابر نازکتر از اندازه سلول ساخته شده با فناوری نسل اول است که مزیتی برای تولید انبوه آن محسوب می‌شود. در عوض بازدهی سلول‌های نسل اول، که اغلب سلول‌های بازار را تشکیل می‌دهند، به دلیل کیفیت بالاتر مواد، از بازدهی سلول‌های نسل دوم بیشتر است. انتظار می‌رود اختلاف بازدهی میان سلول‌های دو نسل با گذشت زمان کمتر شده و تکنولوژی نسل دوم جایگزین نسل اول شود.
البته دستیابی به سلول‌هایی با بازدهی‌هایی دو تا سه برابر بازدهی‌های کنونی، امکان‌پذیر است. سلول‌های خورشیدی که دارای چنین بازدهی‌هایی باشند، نسل سوم سلول‌های خورشیدی نامیده می‌شوند. سلول‌های متوالی، سلول‌های خورشیدی چاه کوانتومی، سلول‌های خورشیدی نقطه کوانتومی و سلول‌های حامل داغ، نسل سوم سلول‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند.

سلول خورشیدی

دست‌‌یابی به انرژی ارزان‌‌تر با تکنولوژی جدید سلول‌‌های خورشیدی

در ۵ سال اخیر نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی ارزان‌قیمت و پربازده شروع به رشد کرده‌اند. با توجه به قیمت پایین تمام‌شده‌ این نسل از سلول‌های خورشیدی و هم‌‌چنین آینده‌ی درخشان آن، دانشمندان بزرگی در دنیا بر روی این ساختار شگفت‌انگیز متمرکز شده‌اند. دانشمندان دانشگاه نورث‌وسترن و سازمان انرژی امریکا یافته‌اند که سلول‌های پروسکایت (Perovskite) می‌توانند ۱۰ برابر سریع‌تر از سلول‌های خورشیدی معمولی سیلیکونی انرژی خود را بازگردانند. این محققان ثابت کرده‌اند که با حل مشکل طول عمر سلول‌های پروسکایت، که یکی از مهم‌ترین انواع سلول‌های خورشیدی هستند، می‌توان انرژی خورشیدی ارزان‌تری را تولید کرد. یک صفحه‌ی خورشیدی معمولی برای اینکه میزان انرژی که در ساخت آن مصرف شده‌‌است را برگرداند، باید دو تا سه سال فعالیت داشته باشد. ساخت صفحه‌های خورشیدی هم کار ساده‌ای نیست. صفحه‌های سیلیکونی باید در اتاقی تمیز و با استفاده از قرص‌های سیلیکون کریستالی با درجه‌ی خلوص بالا آن هم در کوره‌هایی با دمای بسیار بالا ساخته شوند. دانشمندان دانشگاه نورث‌وسترن می‌گویند که صفحه‌های خورشیدی پروسکایت در مقایسه با صفحه‌‌ها‌ی خورشیدی معمولی، انرژی ساخت خود را می‌توانند در دو تا سه ماه بازگردانند. محقین می‌گویند که این صفحه‌ها نه ‌تنها میزان بازگرد انرژی بسیار سریع‌تری دارند، بلکه از تمام صفحه‌های دیگر خورشیدی هم بهتر عمل می‌کنند.
صفحه‌های خورشیدی پروسکایت با سرعت بالایی در صنعت انرژی خورشیدی در حال رشد هستند. این صفحه‌ها فعلاً توانایی تولید انرژی به اندازه‌ی صفحه‌های سیلیکونی را ندارند، اما تکنولوژی آن‌ها روز به روز در حال افزایش است و فاصله‌ی آن‌ها با صفحه‌های سیلیکونی هر روز کمتر می‌شود. با این حال صفحه‌های پروسکایت مشکلاتی هم دارند. اول اینکه سلول‌های پروسکایت عمر کوتاهی دارند و برای مدت زیادی نمی‌توانند به تبدیل انرژی بپردازند. از سوی دیگر هم میزان تولید کرین دی‌اکسید این سلول‌ها بیشتر از صفحه‌های سیلیکونی است. محققان می‌گویند که احتمالاً تا دو سال آینده، این مشکلات صفحه‌های پروسکایت را هم برطرف می‌کنند و در نتیجه می‌توانیم انرژی پاک و ارزان تولید کنیم.

سلول خورشیدی که در نبود خورشید هم کار می‌کند!

انرژی خورشیدی در همه جا به عنوان یک انرژی مفید در حال تبدیل شدن به حالات مختلف است. اما هنوز هم یک ضعف بزرگ دارد که آن هم نبود تابش خورشید است. در حال حاضر یک تیم تحقیقاتی از مهندسان چینی، یک سلول خورشیدی دو منظوره تولید کرده‌اند که می‌تواند در هنگام بارش باران یا تابش خورشید، با استفاده از نوعی الکتریسیته تماسی موسوم به «اثر برق مالشی»(triboelectric effect)، انرژی‌های حاصل از حرکات قطرات باران که روی سطح این سلول خورشیدی می‌ریزد را دریافت کرده و برق تولید کند. سطح بالایی این سلول خورشیدی زمانی فعال می‌شود که قطرات آب روی سطح آن بریزد و پلیمرهای موجود در آن را با سطح زیرین در تماس سازد. برای حصول اطمینان از اینکه سلول‌های فتوولتاییک (یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشید) در زمان آفتاب نیز هنوز کار می‌کنند، هر دو لایه پلیمر شفاف هستند.
این برای نخستین بار نیست که محققان با استفاده از نانوژنراتورهای برق مالشی سلول‌های خورشیدی را در شرایط آب و هوایی دیگری، کاربردی‌تر می‌سازند اما تیم محققان این دستگاه اظهار کردند که این دستگاه جدید طراحی ساده‌‌تری دارد و کم حجم‌‌تر بوده و تولید آن آسانتر از نمونه‌های دیگر است.

سلول خورشیدی

پنجره هوشمندی که انرژی مورد نیاز خود را تامین می کند!

محققان دانشگاه پرینستون در آمریکا با استفاده از فناوری جدید سلول خورشیدی شفاف، نوعی پنجره هوشمند متفاوت ابداع کرده‌‌اند که ساخت آن ارزان‌‌تر و نصب آن راحت‌‌تر است. این پنجره‌‌ها می‌‌توانند هزینه‌‌های مصرف انرژی را در خانه کاهش دهند. این پنجره، از نور نزدیک به فرابنفش برای تولید برق استفاده می‌‌کند که باعث بروز فعل و انفعالات شیمیایی می‌‌شود و همین امر شیشه را بر حسب نیاز روشن و تیره می‌‌کند. تیره شدن شیشه می‌‌تواند بیش از ۸۰ درصد نور را مسدود کند.
پنجره‌‌های هوشمند عموماً انتقال نور مرئی و حرارت مادون قرمز به درون ساختمان را کنترل می‌‌کنند اما این نوع جدید سلول خورشیدی از نور نزدیک به فرابنفش برای تامین انرژی این سیستم استفاده می‌‌کند.

سلول خورشیدیتولید برق با عینک آفتابی!

محققان موسسه فناوری کارلسروهه (Karlsruhe Institute of Technology) در آلمان موفق به توسعه یک عینک آفتابی شدند که با استفاده از سلول‌های خورشیدی که در آن تعبیه شده، می‌تواند برق تولید کند. برای ساخت این عینک از سلول‌های خورشیدی ارگانیک به جای سلول‌های سیلیکونی سنتی استفاده شده، زیرا آن‌‌ها شفاف، انعطاف‌‌پذیر و سبک وزن هستند و می‌توانند در شکل‌ها و رنگ‌های مختلف تولید شوند.
هر یک از این سلول‌های خورشیدی در حدود ۶ گرم وزن داشته و دارای ضخامت ۶/۱ میلی‌‌متر است. این سلول‌ها به منظور تعبیه شدن در عینک‌های آفتابی تولید شده‌اند. این فریم‌ها هم‌‌چنین دارای قطعات الکترونیکی دیگر مانند یک ریزپردازنده، دو حسگر و دو نمایشگر هستند. لنزهای این عینک تمام قطعات مذکور را که وظیفه نمایش شدت روشنایی و دمای محیط را دارند، نیرودهی می‌کنند .هر چند که این عینک‌ها در زیر نور مستقیم خورشید بهتر کار می‌کنند، اما هرکدام از این لنزها در حدود ۲۰۰ مگاوات برق را در روشنایی داخل ساختمان تولید می‌کنند .اگر چه ممکن است که این میزان زیاد به نظر نرسد، اما برای نیرودهی به دستگاه‌هایی مانند یک سمعک یا یک گام‌شمار کافی است .از این فناوری می‌توان در پنجره‌های ساختمان نیز استفاده کرد، چرا که در آنجا بسیار بیشتر می‌توان از نور خورشید بهره گرفت و در نتیجه نیروی بیشتری تولید کرد.

دانشگاه تربیت مدرس و استفاده از فناوری نانو برای تولید سلول‌های خورشیدی ارزان‌قیمت

پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس موفق شدند با انجام یک طرح آزمایشگاهی، گامی مهم در جهت کاهش هزینه‌های تولید سلول‌های خورشیدی و تجاری‌سازی آن‌ها بردارند. این نسل از سلول‌های خورشیدی از بازدهی بالاتر و قیمت پایین‌تری نسبت به سلول‌های خورشیدی سیلیکونی برخوردارند. این طرح بخشی از طرح ملی تولید سلول‌های خورشیدی ارزان‌قیمت موسوم به سلول‌های خورشیدی پروسکایت پایدار بوده است.
در طرح حاضر تلاش شده‌‌است تا با به کارگیری یک نانوماده‌ی ارزان‌قیمت در ساختار سلول‌های خورشیدی پروسکایت، این سلول‌ها به سمت تولید صنعتی و تجاری‌سازی سوق داده شوند. در طرح حاضر از اکسید مس به‌عنوان جایگزین مواد گران‌قیمت استفاده شده‌‌است. استفاده از اکسید مس به‌عنوان یک ماده‌ی فراوان و بسیار مقرون‌به‌صرفه، هزینه‌ی ساخت ابزار الکترونیکی را به میزان بالایی کاهش می‌دهد.
اگر به موضوع سلول‌های خورشیدی علاقمند هستید خوب است سری به بخش کتاب‌های مرتبط با این موضوع در فروشگاه واوک بزنید.