تبدیل هر سطحی به پنل خورشیدی به کمک تکنولوژی اسپری سلول‌های خورشیدی

 تا کنون بارها خبرهایی در خصوص افزایش اندک بهینگی سلول‌ها و پنل‌های خورشیدی با استفاده از روش‌های مختلف را به اطلاع شما رسانده‌ایم. برای نمونه مدتی پیش گفتیم که محققان دانشگاه استنفورد به شیوه‌ای برای خنک‌سازی خودکار و در نتیجه افزایش بهینگی سلول‌های خورشیدی سنتی دست یافته‌اند. همچنین گفته بودیم که شرکت‌های بزرگ فناوری نظیر گوگل نیز آستین‌ها را بالا زده و برای گسترش این شیوه‌ی تولید انرژی وارد میدان شده‌اند، اما هیچ یک از این دستاوردها به آن میزان بزرگ و اساسی نبوده که بتواند مشکل این پنل‌ها را حل کرده و آن‌ها را بعنوان رهکاری جایگزین برای بحران انرژی مطرح سازد.

بحران انرژی تا به جایی پیش رفته که برخی محققان برای بهبود وضع دریافت نیروی خورشیدی به ماده‌ای معدنی به نام پروسکایت دل خوش کرده‌اند. پروسکایت ماده‌ای آلی فلزی به شمار می‌رود که از خصوصیات عجیبی در جذب نور برخوردار است. اکنون یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه شیفلد می‌گوید که آن‌ها به روشی برای ساخت پنل‌های خورشیدی بسیار بهینه با استفاده از پروسکایت دست یافته‌اند که در آن از اسپری نمودن ماده‌ی مذکور بر روی سطح استفاده می‌شود. بنابراین به زودی ممکن است شاهد اسپری کردن سلول‌های خورشیدی بر روی سطوح مورد نیاز باشیم.

پروسکایت در اصل یک ماده‌ی آلی فلزی با ساختار بلوری است که بیشتر از تیتانات‌های کلسیم شکل گرفته است و در سراسر دنیا از ته‌نشین رسوبات استخراج می‌شود. این ماده برای اولین بار حدود 150 سال پیش کشف شد اما دانشمندان به تازگی و در مدت اخیر تحقیق و بررسی بر روی آن به منظور جایگزین کردن این نیمه هادی با سیلیکون، بعنوان سازنده‌ی پنل‌های خورشیدی را آغاز کرده اند. بنابراین در صورتی که خواص این ماده و شیوه‌ی بهره بردن از آن مشخص شود بطور مشخص می‌توان از آن بهره‌های فراوانی برد. استخراج و بدست آوردن پروسکایت به شکل قابل توجهی ارزان‌تر از سیلیکون تمام می‌شود و لایه‌های جذب نور ایجاد شده با این ماده می‌تواند به شکل چشمگیری نازک باشد. کافی است ضخامت ۱ میکرومتری این ماده در حالت حداقلی را با میزان ۱۸۰ میکرومتری سیلیکون مقایسه کنید تا متوجه بهینگی فرآیند تولید آن شوید. بر همین اساس، راهکار اسپری کردن بر روی پنل‌های خورشیدی با استفاده از این ماده که توسط دانشگاه شیفلد مطرح شده را می‌توان بعنوان یک راهکار کاملا عملی و ممکن در نظر گرفت.

 اکنون سوالی که مطرح می‌شود از این قرار است که این سلول‌های خورشیدی اسپری شده تا چه میزان بهینه خواهند بود؟ در حال حاضر محققان موفق شده‌اند 11 درصد جذب انرژی را از یک لایه‌ی نازک پروسکایت بدست آورند. سلول‌های خورشیدی که به روش سنتی با استفاده از این ماده‌ی معدنی تولید شده‌اند تا بهینگی 19 درصد نیز پیش رفته‌اند که انتظار می‌رود در نهایت روش اسپری نمودن نیز به همین سطح از بهینگی دست یابد. ممکن است این ارقام چندان هیجان انگیز به نظر نرسد، اما سطح 20 درصد جذب انرژی برای یک پنل خورشیدی که در مرحله‌ی آزمایشی قرار دارد کاملا قابل قبول است. باید در نظر گرفت که سطح متوسط بهینگی در سلول‌های خورشیدی سیلیکونی پس از سال‌های سال تحقیق و توسعه تازه به حد 25 درصد رسیده و البته مواد دیگری نیز وجود دارد که می‌توانند سطح بازدهی بالاتری در بر داشته باشند اما هیچ یک از آن‌ها به مرحله‌ی قابل استفاده بودن نزدیک هم نشده‌اند.

پیشرفت و دستاورد اصلی در این تحقیقات، فرآیند اعمال لایه‌ی نازک پروسکایت بر روی یک لایه‌ی نازک یکپارچه است که در نتیجه ی آن، قادر خواهد بود نور را بر روی هر سطحی به شکل بهینه جذب کند. یک لایه از این ماده می‌تواند بعنوان پایه‌ی پنل‌های خورشیدی مورد استفاده در خودروها و دستگاه‌های موبایل که سطح کاملا تخت و مسطحی ندارند بسیار کاربردی باشد. همانطور که می‌دانید ساختار و خصوصیات سیلیکون بلور چندان انعطاف‌پذیر نبوده پنل‌های خورشیدی که به روش سنتی تولید می‌شوند حالتی کاملا تخت یا غیرقابل انعطاف دارند و نمی‌توان چندان با طراحی آن‌ها سر و کله زد؛ اما وقتی صحبت از اسپری کردن سلول‌های خورشیدی در میان باشد روال کار بسیار گسترده‌تر خواهد شد. البته محققان دانشگاه شیفلد اذعان کرده‌اند که سطح بهینگی پنل خورشیدگی اسپری شده بر روی سطوح غیر مسطح اندکی کمتر از سطوح صاف خواهد بود.

فرآیند اسپری کردن، علاوه بر مزیت سطوح غیر مسطح، چند مزیت کلیدی دیگر نیز به همراه خواهد داشت. مهم‌ترین منفعت این فرآیند، سادگی بی حد و حصر تولید پنل‌ها در مقیاس‌های دلخواه است. همان نازل اسپری که در تولید یک پنل خورشیدی کوچک برای استفاده‌ی شخصی مورد استفاده قرار می‌گیرد می‌تواند بدون نیاز به هیچ تغییری به تولید پنل‌های خورشیدی بزرگ برای خودروها یا صنایع بپردازد. تنها مساله‌ی موجود، مقدار دفعاتی است که این نازل برای پوشش دادن کامل سطح با لایه‌های دلخواه باید رفت و برگشت داشته باشد. راه‌حل مبتنی بر پروسکایت که مورد استفاده قرار گرفته، نیز می‌تواند با هزینه‌ای اندک به تولید انبوه رسیده و کنترل بسیار بهتری نسبت به سیلیکون نیز به تولیدکننده ارائه می‌کند. تمام این موارد دست به دست هم داده و هزینه‌ی تولید پایین‌تر سلول‌های خورشیدی در آینده‌ی نزدیک را سبب خواهد شد.

در حقیقت پروسکایت تقریبا به مرحله‌ای رسیده که بتواند جایگزین سیلیکون باشد و به این نقطه نزدیک می‌شود که سیلیکون را به کلی از تکنولوژی استاندارد تولید پنل‌های خورشیدی خارج سازد. تنها در عرض چند سال، پنل‌های مبتنی بر پروسکایت از سطح بهینگی تک رقمی خود را به مرحله‌ای نزدیک به سیلیکون رسانده‌اند و نشانی از توقف رشد آن‌ها نیز وجود ندارد.

دیر یا زود شاهد رو به اتمام رفتن سوخت‌های فسیلی خواهیم بود و در این میان، برنده کسی خواهد بود که آینده‌نگر بوده و صنعت کشور خود را با اطمینان تمام به این سوخت‌های آلوده واگذار نکند. ممکن است این همان دستاورد انقلابی باشد که برای حرکت به سمت انرژی‌های تجدید پذیر منتظرش بوده‌ایم. نظر شما در این خصوص چیست؟ آیا انرژی خورشیدی بدست آمده از این سلول‌ها می‌تواند روزی انرژی بخش حیات صنعتی ما باشد؟