فناوری خورشیدی از تولید تا مصرف-۷
طراحی یك نوع سلول خورشیدی جدید، قابل نصب روی كیف های دستی
نئوپدیا: محققان دانشگاه صنعتی امیركبیر موفق شدند سلول های خورشیدی پلیمری برپایه رنگدانه های لیزری طراحی نمایند كه قابل نصب روی كیف های دستی و... است.
به گزارش نئوپدیا به نقل از مهر، انرژی خورشیدی منحصر به فردترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی های موجود در زمین به شمار می آید. این انرژی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می تواند به اشكال دیگر انرژی تبدیل گردد. با عنایت به محدود بودن منابع سوخت های فسیلی و مشكلات ناشی از احتراق این سوخت ها مانند آلودگی روز افزون هوا، استفاده از فناوریهای خورشیدی مورد توجه خیلی از كشورها قرار گرفته و هم اكنون كشورهای زیادی وجود دارند كه به دنبال استفاده از نور خورشید برای تامین انرژی خود هستند.
در همین راستا با یكی از محققان دانشگاه صنعتی امیركبیر كه موفق شدند در زمینه انرژی های خورشیدی فعالیت جدیدی را انجام دهند، گفتگو كردیم. این گفتگو با شعله كاظمی فرد، فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیركبیر در رشته شیمی كاربردی، مدیر یكی از مركز تحقیقاتی زیر نظر وزارت صنعت و مدیر آزمایشگاه كنترل مركزی زیر نظر سازمان غذا و دارو و سازمان استاندارد انجام گرفته است.
شعله كاظمی فرد در مورد اهمیت انرژی های خورشیدی به خبرنگار مهر اظهار داشت: از میان انواع منابع انرژی تجدید پذیر همچون نور خورشید، باد، آب و زمین گرمایی، انرژی خورشید به عنوان یك منبع بسیار مهم برای كاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و آلودگی های زیست محیطی در نظر گرفته شده است. نور خورشید در محدوده فرابنفش و مرئی انرژی لازم برای تهییج مواد نیمه رسانا را دارد.
كاظمی فرد تصریح كرد: بر همین مبنا سلول های خورشیدی سیلیكونی به عنوان نخستین دستگاه های تبدیل مستقیم نور خورشید به الكتریسیته بر پایه پدیده فوتو ولتایی تولید و گسترش یافته اند. این دستگاه ها به علت استفاده از سیلیكون خالص بسیار گران قیمت هستند؛ اما در جهت كاهش قیمت سلول های خورشیدی به ساخت سلولهای خورشیدی برپایه تركیبات حساس به نور متنوعی شامل تركیبات معدنی غیرسیلیكونی، رنگ ها و تركیبات آلی همچون پلیمرها روی آورده ایم.
وی اظهار داشت: سلول های خورشیدی پلیمری همچون دیگر سلول های خورشیدی از دو الكترود و یك لایه فعال تشكیل شده اند و به علت مزیت هایی چون مراحل آماده سازی آسان (فراوری در فاز محلول)، هزینه پایین تولید، وزن سبك و انعطاف پذیری مناسب در سال های اخیر توجه خیلی از محققان را به خود جلب كرده است.
وی تصریح كرد: لایه فعال و حساس به نور در سلول خورشیدی آلی پلیمری از دو پلیمر رسانای الكترون دهنده و الكترون پذیرنده تشكیل شده كه عموما بین دو الكترود «ایندیوم قلع اكسید» و «آلومینیوم نازك» ساندویچ می شود. با عنایت به انعطاف پذیری سلول های خورشیدی پلیمری این دستگاه ها قابلیت استفاده در مصارف خانگی و صنعتی متنوعی را دارند؛ اما، كاربرد این سلول های خورشیدی بعلت راندمان پایین و تخریب فوتوشیمیایی مواد آلی تشكیل دهنده لایه فعال همراه با محدودیت است.
وی اظهار داشت: به منظور مرتفع ساختن این معایب تحقیقات گسترده ای طی سالهای اخیر در سراسر جهان در سه شاخه « طراحی و سنتز مواد جدید با خصوصیت های برتر به منظور كاربرد در الكترودها و لایه فعال»، بهینه ساختن خصوصیت های مواد رایج موجود با استفاده از روش های فیزیكی و شیمیایی» و عرضه ساختارها و طراحی های جدید برای این تولید این سلول ها صورت پذیرفته است. بر همین مبنا گروه تحقیقاتی سلول خورشیدی پلیمری در دانشگاه صنعتی امیركبیر تشكیل شد.
طراحی و ساخت سلول های خورشیدی پلیمری با رنگدانه های آلی لیزری سازگار با محیط زیست
این محقق تصریح كرد: برپایه مطالعات انجام شده، تابحال طرح مشابهی با پروژه حاضر در دنیا به انجام نرسیده است.
وی در مورد این پروژه توضیح داد: رنگدانه ها به صورت عمده در ساخت سلول های خورشیدی حساس شده به رنگدانه مورد استفاده قرار می گیرند كه منجر به بازده و عملكرد مطلوب این نوع سلول های خورشیدی می شوند. همین مبحث ایده ساخت سلول های خورشیدی پلیمری بر پایه رنگدانه قرار گرفت. هرچند كه ساختارهای طراحی شده، خاص بوده و به نمونه های موجود شباهتی ندارند.
این محقق دانشگاه صنعتی امیركبیر اضافه كرد: برای این منظور دو گروه از رنگدانه های منطقه «فرابنفش» و «ناحیه مرئی»، در حضور پلیمرهای رسانای معمول كه در ساخت سلول های خورشیدی پلیمری استفاده می شود (پلیمرهای P۳HT و PCBM) بكار برده شد. خصلت اصلی این رنگدانه ها خصوصیات طول موج جذب و نشر آنهاست. همینطور انتخاب رنگدانه ها طوری صورت می گیرد، بگونه ای كه بتواند منجر به انتقال آبشار گونه بار الكتریكی در سلول خورشیدی شود.
وی با اشاره به رنگدانه های به كار رفته شده در این سلول های خورشیدی اظهار داشت: رنگدانه های لیزری زیرمجموعه ای از رنگدانه های آلی فاقد فلز هستند كه بدلیل عدم وجود فلز در این ساختارها ارزان قیمت تر هستند. رنگدانه های لیزری از لحاظ ساختاری مولكول های آلی بزرگ درنظر گرفته می شوند. هنگامی كه این مولكول های آلی در حلال مناسب خود (اتانول، متانول، مخلوط اتانول و آب) حل می شوند، می توانند بعنوان محیط لیزری برای كاربرد در لیزرهای رنگی هم استفاده شوند.
به گفته كاظمی فرد، خصوصیت رنگدانه های لیزری آن است كه محلول آنها نور را در طول موج های كوتاه تر جذب و در طول موج های بلندتر نشر می دهد. از رنگدانه های لیزری موفق می توان به رودامین ها و كومارین ها اشاره نمود. رنگدانه های لیزری تابحال در ساخت سلول های خورشیدی پلیمری مورد استفاده قرار نگرفته اند ولی كاربرد آنها در DSSC ها مشاهده شده است.
این محقق تصریح كرد: از آنجائیكه نمونه های ساخته شده با ساختار و رنگدانه های لیزری كاربردی، برای اولین بار طراحی شده اند، از این رو، ارتقای آنها هم در همین گروه پژوهشی مورد بررسی قرار گرفته است كه با تغییر در ضخامت سلول خورشیدی و غلظت رنگدانه كاربردی به جریان های ۲۱ میلی آمپر رسیدیم.
وی با اشاره به اینكه این طرح می تواند مخاطبان زیادی داشته باشد، اظهار داشت: هم اكنون با عنایت به جدید بودن تكنولوژی ساخت سلول های خورشیدی در تمام دنیا، بغیر از نمونه سلول های خورشیدی سیلیكونی كه تجاری سازی شده اند، سایر انواع سلول های خورشیدی به مرحله تجاری سازی در سطح كلان نرسیده اند. اما نمونه مورد بحث به علت جریان و ولتاژ بالای تولیدی، اعتماد سرمایه گذاری را می تواند تولید كند.
استفاده شخصی از سلول های خورشیدی
وی با اشاره به اینكه از این سلول ها می توان در سطوح منعطف مثل لباس و كیف دستی استفاده كرد، اظهار داشت: چنانچه مدل منعطف از این سلول ها ساخته شود، امكان نصب در سطوح منعطف مانند لباس و كیف دستی را دارد. بعنوان مثال، روی كیف دستی نصب می شوند و برای تامین برق مورد نیاز لوازم همراه بكار می روند. مثلا می توانند موبایل یا تبلت را شارژ كند تا نیازی به بردن شارژر همراه نباشد.
فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیركبیر با اشاره به اینكه با عنایت به نتایج به دست آمده نمونه آزمایشگاهی این سلول ها كه دارای ابعاد1.5 در 1.5 سانتی متر مربع هستند، بازده هشت درصدی دارند و برای روشنایی معمولا از پانل های این سلول ها استفاده می شود كه تعداد ۱۰۰ سلول در كنار هم قرار می گیرند.
وی درباره خصوصیات این سلول های های خورشیدی طراحی شده اظهار داشت: سلول های ساخته شده دارای وزن سبك هستند، فرآیند پذیری در حالت محلول دارند و به هنگام تولید تجاری می توان با استفاده از تكنیك های Roll to Roll (همانند تولید روزنامه) آنها را تولید كرد. از این رو فضای زیادی را برای تولید انبوه نیاز ندارند. همینطور با تغییر پلیمرهای معمول و سنتز مواد جدید می توان با تاثیر بر باندگپ مواد رسانا، به جریان ها و ولتاژهای بالاتر رسید. رنگدانه های بكار برده شده، ناحیه مرئی و فرابنفش را تحت پوشش قرار می دهند و فوتون های پر انرژی این ناحیه را جذب می كنند و با انتقالات فورستر در ساختار، علاوه بر انتقال بار، انتقال انرژی را هم منجر می شوند.
وی با اشاره به اینكه هنوز مشابه خارجی ندارد، افزود: این سلول ها برای تمامی اماكن شامل علائم حمل و نقل موجود در جاده ها مانند تابلوهای VMS، برای چراغ های راهنمایی و رانندگی، تامین برق مناطق كوهستانی، تامین برق سیستم های مخابراتی، تامین برق كارخانجات و در هر مكانی كه امكان رساندن برق و كابل كشی توجیه اقتصادی نداشته باشد مانند مسیرهای صعب العبور و..، سلول های خورشیدی می توانند به كمك تامین برق آیند.
وی عنوان كرد: نتایج حاصل از این كارهای پژوهشی بصورت مقاله در مجلات بین المللی معتبر به چاپ رسیده و در كنفرانس های معتبر داخلی و بین المللی عرضه شده است. گواهی ثبت اختراع و تائیدیه سازمان پژوهشهای علمی صنعتی ایران برای این دستاوردها دریافت شده است.
این پروژه به سرپرستی دكتر لیلا ناجی استادیار گروه شیمی دانشگاه صنعتی امیركبیر به انجام رسیده است.
این مطلب نئوپدیا را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب