طراحی بهینه سلول‌های خورشیدی

«سنتز و کاربرد مواد معدنی اسپینلی جهت ساخت سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ» عنوان طرح پژوهشی زهرا شریعتی‌نیا عضو هیات‌علمی دانشگاه امیرکبیر است که آن را با حمایت بنیاد ملی علم ایران به پایان رسانده است.

به گزارش ایسنا، تلاش برای حفظ انرژی یکی از اولویت‌های محققان است که بنیاد ملی علم ایران هم از طرح‌های با این هدف حمایت می‌کند.

شریعتی‌نیا با مدرک دکتری تخصصی شیمی معدنی از دانشگاه تربیت‌مدرس درباره این طرح توضیح داد: در حال حاضر انسان با پیشرفت‌هایی که در زمینه‌های مختلف داشته است، نیاز بیشتری به انرژی پیدا کرده و ازاین‌رو در پی تأمین انرژی موردنیاز از منابع مختلف تجدیدپذیر است. یکی از این منابع که طی ۲۰ سال اخیر از آن استفاده می‌شود، انرژی خورشیدی است.

وی ادامه داد: امروزه برای کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی، جلوگیری از تولید گسترده گازهای گلخانه‌ای، باران‌های اسیدی و حفظ سلامت اتمسفر زمین که از مهم‌ترین شروط توسعه اقتصادی پایدار جهانی به شمار می‌آیند، به منابعی نظیر خورشید، باد و زمین روی آورده شده است. این منابع مانند سوخت‌های فسیلی و هسته‌ای محدودیت دسترسی ندارند، به همین دلیل به سوخت‌های فسیلی و هسته‌ای منابع تجدیدناپذیر گفته می‌شود.

این محقق تصریح کرد: انرژی نو یا انرژی تجدیدپذیر به آن دسته از انرژی گفته می‌شود که برای تولیدشان از منابع بدون کربن استفاده می‌شود. از انرژی خورشیدی، بادی، دریایی، زمین گرمایی، آبی و کربن خنثی مانند زیست‌توده و همچنین هیدروژن که در پیل‌های هیدروژنی قادر به ذخیره انرژی است، به‌عنوان انرژی نو نام برده می‌شود. گرچه توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر نمی‌تواند تنها راهکار پاسخگویی به افزایش تقاضای انرژی باشد، اما ظرفیت قابل‌توجهی برای ایجاد رشد اقتصادی سبز و تنوع‌بخشی به سبد منابع اولیه انرژی را دارد.

وی اضافه کرد: باید به این نکته توجه داشت که انرژی نو مفهومی متفاوت با انرژی تجدیدپذیر است. این تفاوت به منزله این نیست که مصادیق هرکدام از این مفاهیم کاملاً از یکدیگر مجزاست؛ بلکه بدان معناست که تمامی انواع منابع انرژی نو نیز در حقیقت تجدیدپذیرند، اما تمامی منابع انرژی تجدیدپذیر منابع انرژی نو به شمار نمی‌روند. منابع انرژی نو اصولاً به آن دسته از منابع مدرن انرژی تجدیدپذیر گفته می‌شود که توسعه و استفاده از آنها در سالیان اخیر تحقق‌یافته است.

شریعتی‌نیا در ادامه گفت: استفاده از سلول‌های خورشیدی موجب کاهش تولید انرژی سوخت فسیلی، آلودگی هوا و انتشار کربن‌دی‌اکسید می‌شود. می‌توان کل سقف خانه را با صفحات خورشیدی یا سلول‌های خورشیدی با لایه نازک ورقه‌ای روی تمام پنجره‌های خود پوشاند تا تمامی نیازهای برق یا حتی بخش بزرگی از آن را برآورده کرد و به‌این‌ترتیب، از سقف که فضای بدون استفاده‌ای است، بهره برد.

وی تصریح کرد: سلول‌های خورشیدی به‌تنهایی، برای فراهم‌کردن توان لازم دستگاه‌های کوچک، مانند ماشین‌حساب الکترونیکی کاربرد دارند. آرایه‌های فوتوولتاییک، الکتریسیته پایدار و تجدیدپذیری را تولید می‌کنند که عمدتاً در موارد نبود شبکه انتقال و توزیع الکتریکی کاربرد دارد. کاربرد انرژی خورشید و استفاده بهینه از آن گامی مطمئن به‌سوی آینده‌ای است که مساله بحران انرژی در آن حل می‌شود.

این پژوهشگر ادامه داد: ازاین‌رو در این تحقیق، ساخت سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ با استفاده از مواد معدنی اسپینلی انجام می‌شود. در واقع، هدف از کاربرد این مواد اسپینلی، دستیابی به سلول‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ با کارایی بالا و بهبود بازدهی آنها است.

به نقل از روابط‌عمومی بنیاد ملی علم ایران (INSF)، وی تأکید کرد: ساخت سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ، اصلاح ساختار فتوآند با استفاده از مواد معدنی اسپینلی، استفاده از نانوکامپوزیت‌های مواد معدنی اسپینلی در فتوآند و افزایش بازده سلول‌های خورشیدی از جمله اهداف انجام این طرح بوده است.

شریعتی‌نیا در پایان خاطرنشان کرد: تهیه مواد اولیه و اطمینان از اصالت مواد اولیه خریداری شده، هزینه زیاد خرید تجهیزات و مواد اولیه، عدم دسترسی به برخی از آنالیزهای های‌تک و دارای فناوری پیشرفته و نداشتن دستگاه‌های موردنیاز در آزمایشگاه‌ها از چالش‌های موجود در انجام این طرح بود که خوشبختانه راه‌حلی برای این مشکلات پیدا کردیم و طرح را به پایان رساندیم.