آغاز عصر طلایی انرژی خورشیدی: ماده‌ای که جهان را به یک نیروگاه تبدیل می‌کند
دانشمندان آکسفورد، مرزهای علم را جابه‌جا کردند؛کشف ماده‌ای که جهان را به یک نیروگاه تبدیل می‌کند
جهانی پایدار با انرژی خورشیدی: ماده‌ای که به محیط زیست کمک می‌کند
پنل خورشیدی جدید : اقتصاد سبز، آینده روشن با فناوری جدیدی که اقتصاد را هم متحول می‌کند
دانشمندان دانشگاه آکسفورد موفق به تولید ماده‌ای جدید شده‌اند که می‌تواند به عنوان یک پوشش نازک روی اجسامی مانند کوله‌پشتی، اتومبیل و حتی گوشی‌های هوشمند قرار بگیرد و نقش پنل خورشیدی را ایفا کند. این دستاورد نوآورانه به معنای تولید مقادیر فزاینده‌ای از الکتریسیته خورشیدی بدون نیاز به پنل‌های خورشیدی سنتی مبتنی بر سیلیکون است.
ماده جاذب نور جدید که توسط محققان آکسفورد توسعه یافته، از انعطاف‌پذیری و نازکی قابل توجهی برخوردار است و به همین دلیل می‌تواند روی سطوح متنوعی مانند ساختمان‌ها و اشیاء معمولی نصب شود. این ماده به واسطه ویژگی‌های منحصر به فرد خود، قادر است طیف گسترده‌تری از نور خورشید را جذب کند و از این طریق، انرژی بیشتری تولید کند.
براساس مقاله منتشر شده توسط آکسفورد این فناوری نوین با استفاده از رویکرد چنداتصالی در سلول‌های خورشیدی، امکان انباشت چندین لایه جاذب نور را فراهم می‌کند که باعث افزایش کارایی و بهره‌وری در تولید انرژی خورشیدی می‌شود. این پیشرفت علمی می‌تواند تحولی بزرگ در نحوه استفاده از انرژی خورشیدی ایجاد کند و به کاربرد گسترده‌تر این منبع انرژی تجدیدپذیر در زندگی روزمره کمک کند.
گامی بزرگ به سوی انرژی پاک: ماده جاذب نور جدید دانشمندان آکسفورد
انقلاب انرژی خورشیدی: هر سطحی، یک پنل خورشیدی!
محققان دانشگاه آکسفورد با توسعه ماده جاذب نور جدید، تحولی در حوزه انرژی خورشیدی ایجاد کرده‌اند. این ماده به دلیل نازکی و انعطاف‌پذیری فوق‌العاده خود، می‌تواند به‌عنوان پوششی بر روی سطوح مختلف مانند ساختمان‌ها، خودروها و حتی اشیاء کوچک مانند گوشی‌های هوشمند قرار گیرد. با استفاده از این فناوری نوین، امکان بهره‌گیری از طیف وسیع‌تری از نور خورشید فراهم می‌شود، که نتیجه آن تولید انرژی بیشتری از همان مقدار نور خورشید خواهد بود.
این ماده جدید با استفاده از رویکرد چنداتصالی، لایه‌های جاذب نور متعددی را در یک سلول خورشیدی انباشته می‌کند. این تکنیک، با به‌دام‌اندازی طیف گسترده‌تری از نور، توانسته است راندمان انرژی را به طور چشمگیری افزایش دهد. مؤسسه ملی علوم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن (AIST) این ماده پروسکایت لایه نازک را به‌طور مستقل مورد آزمایش قرار داده و تأیید کرده است که این ماده بیش از 27 درصد راندمان انرژی را ارائه می‌دهد. این راندمان برای اولین بار با عملکرد فتوولتائیک‌های سیلیکونی سنتی و تک‌لایه مطابقت دارد.
دکتر شایفنگ هو، دانشجوی فوق دکتری در دانشگاه آکسفورد، در مورد این دستاورد می‌گوید: «تنها پس از 5 سال آزمایش با استفاده از رویکرد انباشتگی یا چندپیوندی، توانسته‌ایم راندمان تبدیل توان را از حدود 6 درصد به بیش از 27 درصد افزایش دهیم. این ارقام نزدیک به راندمان فتوولتائیک‌های تک‌لایه امروزی است. ما باور داریم که با گذشت زمان، این فناوری می‌تواند به راندمان‌های بسیار بالاتر، حتی بیش از 45 درصد دست یابد.» این پیشرفت نشان‌دهنده پتانسیل بالای این فناوری در آینده‌ای نزدیک است.
یکی از مزایای اصلی این ماده نازک و انعطاف‌پذیر، قابلیت تطبیق‌پذیری آن است. با ضخامت کمی بیش از یک میکرون، این ماده حدود 150 برابر نازک‌تر از ویفرهای سیلیکونی است. در حالی که فتوولتائیک‌های سنتی عمدتاً روی پنل‌های سیلیکونی نصب می‌شوند، این ماده جدید می‌تواند تقریباً روی هر سطحی قرار بگیرد و به این ترتیب امکان استفاده گسترده‌تری از انرژی خورشیدی را فراهم کند.
با توجه به این ویژگی‌های نوآورانه، انتظار می‌رود این ماده جاذب نور نازک و انعطاف‌پذیر بتواند به‌عنوان جایگزینی مناسب برای پنل‌های خورشیدی بزرگ مورد استفاده قرار گیرد. هرچند هنوز باید منتظر نتایج آزمایشات بیشتر و توسعه‌های آتی باشیم، اما این فناوری می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی در دریافت و بهره‌وری انرژی خورشیدی به انسان‌ها کمک کند و به عنوان یکی از راه‌حل‌های پایدار برای آینده انرژی جهانی مورد توجه قرار گیرد.
پوسته خورشیدی: پوشش جدیدی که هر سطح را به تولیدکننده انرژی تبدیل می‌کند
دانشمندان دانشگاه آکسفورد روشی انقلابی برای تولید برق خورشیدی بدون نیاز به پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون توسعه دادند
این ماده جدید جذب‌کننده نور، برای اولین بار، به اندازه کافی نازک و انعطاف‌پذیر است تا روی سطح تقریباً هر ساختمان یا شیء معمولی اعمال شود. با استفاده از یک تکنیک پیشگامانه توسعه‌یافته در آکسفورد، که چندین لایه جذب‌کننده نور را در یک سلول خورشیدی انباشته می‌کند، آنها طیف وسیع‌تری از نور را مهار کرده‌اند، که امکان تولید برق بیشتر از همان مقدار نور خورشید را فراهم می‌کند.
بر اساس گزارش دانشگاه آکسفورد این ماده فوق‌العاده نازک، با استفاده از این روش به اصطلاح چند پیوندی، اکنون به طور مستقل برای ارائه بیش از ۲۷٪ راندمان انرژی گواهی شده است، برای اولین بار با عملکرد مواد تولیدکننده انرژی تک لایه سنتی شناخته شده به عنوان فوتوولتائیک سیلیکون مطابقت دارد. موسسه ملی علم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن (AIST)، گواهی خود را قبل از انتشار مطالعه علمی محققان در اواخر امسال ارائه داد.
دکتر شوافنگ هو، محقق فوق دکترای فیزیک دانشگاه آکسفورد، گفت:
” در طول تنها پنج سال آزمایش با روش انباشت یا چند پیوندی ما، راندمان تبدیل توان را از حدود ۶٪ به بیش از ۲۷٪ افزایش داده‌ایم، نزدیک به حدود آنچه فوتوولتائیک‌های تک لایه امروز می‌توانند به دست آورند.” “ما معتقدیم که با گذشت زمان، این رویکرد می‌تواند دستگاه‌های فوتوولتائیک را قادر سازد تا راندمان‌های بسیار بیشتری را به دست آورند، فراتر از ۴۵٪ “
این در مقایسه با حدود ۲۲٪ راندمان انرژی از پنل‌های خورشیدی امروز است (به این معنی که آنها حدود ۲۲٪ انرژی را در نور خورشید تبدیل می‌کنند)، اما تطبیق‌پذیری این ماده فوق‌العاده نازک و انعطاف‌پذیر نیز کلیدی است. با ضخامت کمی بیش از یک میکرون، تقریباً ۱۵۰ برابر نازک‌تر از یک ویفر سیلیکونی است. برخلاف فوتوولتائیک‌های موجود، که معمولاً روی پنل‌های سیلیکونی اعمال می‌شوند، این را می‌توان تقریباً روی هر سطحی اعمال کرد.
دکتر جونکه وانگ، محقق فوق دکترای اقدامات ماری اسکودووسکا کوری در فیزیک دانشگاه آکسفورد، در این باره می‌گوید:
با استفاده از مواد جدید که می‌توانند به عنوان یک پوشش اعمال شوند، ما نشان داده‌ایم که می‌توانیم سیلیکون را تکرار و از آن پیشی بگیریم و در عین حال انعطاف‌پذیری را نیز به دست آوریم.” “این مهم است زیرا وعده می‌دهد که قدرت خورشیدی بیشتری را بدون نیاز به تعداد زیادی پنل مبتنی بر سیلیکون یا مزارع خورشیدی مخصوصاً ساخته شده ارائه دهد
محققان معتقدند رویکرد آنها همچنان هزینه خورشید را کاهش خواهد داد و همچنین آن را پایدارترین شکل انرژی تجدیدپذیر خواهد کرد. از سال ۲۰۱۰، میانگین جهانی هزینه برق خورشیدی تقریباً ۹۰٪ کاهش یافته است، که آن را تقریباً یک سوم ارزان‌تر از برق تولید شده از سوخت‌های فسیلی می‌کند. نوآوری‌ها وعده صرفه‌جویی بیشتر در هزینه‌ها را می‌دهند زیرا مواد جدید، مانند پروسکایت فیلم نازک، نیاز به پنل‌های سیلیکونی و مزارع خورشیدی با هدف خاص را کاهش می‌دهند.
دکتر وانگ افزود:
ما می‌توانیم پیش‌بینی کنیم که پوشش‌های پروسکایت روی انواع گسترده‌تری از سطح برای تولید برق خورشیدی ارزان، مانند سقف خودروها و ساختمان‌ها و حتی پشت تلفن‌های همراه، اعمال شود. اگر بتوان انرژی خورشیدی بیشتری را به این روش تولید کرد، می‌توانیم پیش‌بینی کنیم که در بلندمدت نیاز کمتری به استفاده از پنل‌های سیلیکونی یا ساخت مزارع خورشیدی بیشتر و بیشتر وجود خواهد داشت
محققان در میان ۴۰ دانشمند کار بر روی فوتوولتائیک‌ها تحت رهبری پروفسور هنری اسنایث، استاد انرژی‌های تجدیدپذیر در گروه فیزیک دانشگاه آکسفورد هستند. کار پیشگامانه آنها در فوتوولتائیک‌ها و به ویژه استفاده از پروسکایت فیلم نازک حدود یک دهه پیش آغاز شد و از یک آزمایشگاه سفارشی و رباتیک بهره‌مند است.
کار آنها پتانسیل تجاری قوی دارد و قبلاً شروع کرده است تا از طریق کاربردها در صنایع خدمات عمومی، ساخت‌و‌ساز و ساخت خودرو تغذیه شود.
Oxford PV، یک شرکت بریتانیایی که در سال ۲۰۱۰ توسط هم‌بنیانگذار و مدیر علمی ارشد پروفسور هنری اسنایث برای تجاری‌سازی فوتوولتائیک‌های پروسکایت از فیزیک دانشگاه آکسفورد جدا شد، اخیراً تولید بزرگ‌مقیاس فوتوولتائیک‌های پروسکایت را در کارخانه خود در براندنبورگ-آن-در-هافل، نزدیک برلین، آلمان آغاز کرد. این اولین خط تولید حجم جهان برای سلول‌های خورشیدی “پروسکایت-بر-سیلیکون” است.
پروفسور اسنایث گفت:
“ما در ابتدا به سایت‌های بریتانیا برای شروع تولید نگاه کردیم، اما دولت هنوز نتوانسته است مشوق‌های مالی و تجاری ارائه شده در سایر نقاط اروپا و ایالات متحده را مطابقت دهد.” “تاکنون بریتانیا صرفاً از نظر ساخت مزارع خورشیدی جدید به انرژی خورشیدی فکر کرده است، اما رشد واقعی از تجاری‌سازی نوآوری‌ها خواهد آمد – ما بسیار امیدواریم که انرژی بریتانیایی تازه ایجاد شده توجه خود را به این موضوع معطوف کند”
پروفسور اسنایث افزود:
“آخرین نوآوری‌ها در مواد و تکنیک‌های خورشیدی که در آزمایشگاه‌های ما نشان داده شده است، می‌توانند پلتفرمی برای یک صنعت جدید شوند، تولید مواد برای تولید انرژی خورشیدی به طور پایدارتر و ارزان‌تر با استفاده از ساختمان‌ها، وسایل نقلیه و اشیاء موجود”
پروفسور اسنایث افزود:
“تأمین این مواد یک صنعت جدید با رشد سریع در اقتصاد سبز جهانی خواهد بود و ما نشان داده‌ایم که بریتانیا در حال نوآوری و رهبری علمی است. با این حال، بدون مشوق‌های جدید و یک مسیر بهتر برای تبدیل این نوآوری به تولید، بریتانیا فرصت رهبری این صنعت جهانی جدید را از دست خواهد داد”
نکات کلیدی :
- ماده جدید جاذب نور: قابلیت تبدیل هر سطحی به پنل خورشیدی
- انعطاف‌پذیری و نازکی: امکان استفاده در سطوح مختلف مانند ساختمان‌ها، خودروها و دستگاه‌های الکترونیکی
- راندمان بالا: کارایی بیش از 27 درصد، مشابه پنل‌های خورشیدی سیلیکونی
- تکنولوژی چنداتصالی: افزایش کارایی با استفاده از لایه‌های متعدد جاذب نور
- پتانسیل‌های گسترده: کاربرد در صنایع مختلف، کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، بهبود محیط زیست
نکات تکمیلی:
- مواد اولیه: نوع مواد استفاده شده در ساخت این ماده و تأثیر آن بر هزینه تولید و پایداری محیط زیست
- فرآیند تولید: چگونگی تولید این ماده در مقیاس صنعتی و هزینه‌های مرتبط با آن
- عمر مفید: طول عمر مفید این ماده و تأثیر عوامل محیطی بر عملکرد آن
- چالش‌ها: موانع موجود در تجاری‌سازی این فناوری و راهکارهای رفع آنها
- تأثیر بر اقتصاد: تأثیر این فناوری بر اقتصاد جهانی و ایجاد فرصت‌های شغلی جدید
- مسائل زیست‌محیطی: تأثیر تولید و دفع این ماده بر محیط زیست
نتیجه‌گیری:
توسعه ماده جدید جاذب نور توسط دانشمندان آکسفورد، گامی بزرگ در جهت تحقق انرژی‌های پاک و پایدار محسوب می‌شود. این فناوری با مزایای فراوانی که دارد، می‌تواند به عنوان یک راهکار موثر برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و مبارزه با تغییرات آب و هوایی مطرح شود. با این حال، برای تجاری‌سازی گسترده این فناوری، تحقیقات بیشتری در زمینه کاهش هزینه‌ها، افزایش عمر مفید و بهبود عملکرد این ماده ضروری است.
پرسش‌های تحقیقاتی بیشتر :
- چه عواملی باعث شده‌اند که دانشمندان آکسفورد به چنین دستاوردی برسند؟
- چه موانع فنی و اقتصادی برای تجاری‌سازی گسترده این فناوری وجود دارد؟
- چه سیاست‌هایی می‌تواند برای تشویق سرمایه‌گذاری در این حوزه و توسعه این فناوری اتخاذ شود؟
- تأثیر این فناوری بر بازار انرژی خورشیدی و رقابت با پنل‌های خورشیدی سیلیکونی چگونه خواهد بود؟
- آیا این فناوری می‌تواند به طور کامل جایگزین پنل‌های خورشیدی سیلیکونی شود؟
- چه کاربردهای دیگری برای این ماده جدید قابل تصور است؟
- چه تأثیری بر معماری ساختمان‌ها و طراحی خودروها خواهد داشت؟
- چه کشورهایی در زمینه توسعه این فناوری پیشرو هستند؟
- چه همکاری‌هایی بین دانشگاه‌ها، صنایع و دولت‌ها برای توسعه این فناوری ضروری است؟
- چه ملاحظات زیست‌محیطی در تولید و دفع این ماده باید در نظر گرفته شود؟
سخن پایانی نویسنده :
توسعه ماده جدید جاذب نور توسط دانشمندان آکسفورد، نویدبخش آینده‌ای روشن در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر است. این فناوری با پتانسیل‌های فراوانی که دارد، می‌تواند به عنوان یک راهکار موثر برای مقابله با تغییرات آب و هوایی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی مطرح شود. با این حال، برای تحقق کامل پتانسیل‌های این فناوری، تحقیقات بیشتری در زمینه کاهش هزینه‌ها، افزایش عمر مفید و بهبود عملکرد این ماده ضروری است. همچنین، حمایت دولت‌ها و سرمایه‌گذاری بخش خصوصی در این حوزه می‌تواند نقش مهمی در تجاری‌سازی گسترده این فناوری ایفا کند.
