بهبود بازدهی تولید برق در سلول‌های خورشیدی با فناوری نانو

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از دانشگاه امیرکبیر، محبوبه رفیعی‌پور چیرانی دانش‌آموخته مقطع دکتری رشته شیمی کاربردی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «تهیه نانو فیلرهایی بر پایه گرافن عاملدار شده با کمپلکس فلز واسطه با هدف بهبود عملکرد سلول خورشیدی حساس به رنگ» گفت: با رشد سریع صنعتی شدن و تغییر سبک زندگی تقاضای جهانی برای انرژی به شکل فزاینده ای رو به افزایش است.

وی گفت: طی سال‌های متمادی سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز طبیعی و زغال‌سنگ منابع بالقوه انرژی برای برآوردن این تقاضای جهانی انرژی محسوب می شده است.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر خاطر نشان کرد: در صورت ادامه این روند ما در سیاره‌ای تهی از منابع فسیلی به دام خواهیم افتاد که براثر تولید گازهای گلخانه‌ای حاصل از احتراق با دشواری‌های زیست‌محیطی گریزناپذیری روبرو خواهد بود.

رفیعی پور ادامه داد: به همین دلیل، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های امروزه‌ی بشر جایگزینی سوخت فسیلی با منابع انرژی تجدید پذیر و پاک است؛ از اینرو، برای چنین چالشی باید با بکارگیری ترکیب‌ها و منابع در دسترس راه‌حلی به‌صرفه ارائه داد.

این محقق با بیان اینکه تابش خورشید بهترین منبع زیست‌محیطی و بزرگ‌ترین منبع موجود از انرژی پاک است اذعان داشت که بکارگیری توان خورشیدی در فناوری فتوولتایی می‌تواند پاسخی معقول به چالش انرژی باشد.

وی افزود: پیشرفت در تولید سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ نقطه عطفی در طراحی یک سلول خورشیدی مقرون به صرفه، سبک و سازگار با محیط زیست ایجاد کرده است. تولید انرژی در سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ یا به اصطلاح DSSC ها شبیه فتوسنتز است یعنی رنگ حساس‌ به نور پوشش داده شده بر روی الکترود، نور خورشید را برای تحریک الکترون‌ها جهت تولید الکتریسیته جذب می‌کند و انتقال الکتریسیته از الکترون‌ها به الکترودها درون سلول بر عهده الکترولیت است.

وی با بیان اینکه دست یابی به ترکیب پایدار در الکترولیت با ایجاد توازن بین عملکرد فتوولتائیک و پایداری طولانی‌مدت آن یکی از گلوگاه‌های تجاری‌سازی موفقیت‌آمیز DSSC به شمار می آید گفت: ماهیت خورنده و پایداری پایین زوج ردوکس در حلال‌های آلی الکترولیت‌ها چالش مهمی را برای تولید DSSC در مقیاس صنعتی ایجاد می کند.

وی گفت: ما برای اولین بار موفق شدیم با سنتز دو نوع متفاوت از نانوفیلرهای بر پایه گرافن اکساید در حلال مایعات یونی ایمیدازولی به ترکیبی پایدار در الکترولیت شبه جامد با بازده تبدیل انرژی بالا در DSSC دست یابیم به گفته وی، استفاده از این نوع نانو الکترولیت‌های کامپوزیتی که مبتنی بر مایعات یونی سازگار با محیط زیست هستند می تواند نشت الکترولیت را محدود و انعطاف پذیری و پایداری دستگاه را بهبود بخشد.

رفیعی پور با بیان اینکه ساخت سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ در آزمایشگاه دانشگاه صنعتی امیرکبیر به صورت پایلوت و در اشل آزمایشگاهی انجام شده است، افزود در صورت نیازسنجی و وجود امکانات بیشتر می توان استفاده از این مواد را به مقیاس صنعتی نیز گسترش داد.

وی گفت: از ویژگی‌های طرح حاضر دستیابی به سلول خورشیدی حساس به رنگ مبتنی بر الکترولیت مایع یونی به همراه سیستم کامپوزیتی حاوی نانوفیلرهایی است که در مقایسه با الکترولیت‌های آلی فراری چون استونتریل و والرونیتریل سازگاری بالایی با محیط زیست دارند و می توانند بازده تبدیل انرژی را بهبود بخشند.

وی با اشاره به دیگر ویژگی‌های این طرح گفت: از طرف دیگر ما موفق به سنتز مشتقاتی جدیدی از گرافن اکساید با استفاده از فلز واسطه کبالت شدیم که پیش بینی می‌شود نقش یک رودکس کمکی را در ماتریس الکترولیت ایفا کند.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: همچنین در این پژوهش برای اولین بار از لانزوپرازول به عنوان یک گروه عاملی با پیوند کووالانسی در ساختار گرافن اکساید کمک گرفته شده و قابلیت استفاده‌ی آن با توجه به ساختار الکترونی اتم های تشکیل دهنده مورد بررسی قرار گرفته است.

وی با بیان اینکه در مقایسه با فناوری‌های خورشیدی نسل اول و دوم، ساخت نسل سوم سلول‌های خورشیدی به دلیل تنوع بالا، انعطاف پذیری در ساختار و همچنین مقرون به صرفه بودن همواره رو به رشد و پیشرفت است، گفت: نمونه‌های آزمایشگاهی و صنعتی زیادی از این نوع سلول‌ها وارد بازار شده و در رنگ‌های متنوع در معماری ابنیه‌ها مورد استفاده قرار گرفته و همچنین به دلیل کارکرد بهینه در نور کم در ساخت وسایل الکترونیکی و همچنین در منسوجات نظامی از آن استفاده شده است.

وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: امید است کاربرد ترکیب‌های نوین درکنار گرافن اکساید دریچه‌ای به سوی ساخت سلول‌های خورشیدی کارآمد و پایدار ایجاد کند.

گفتنی است: اساتید راهنمای این پروژه پرفسور الهه کوثری و خانم دکتر مریم یوسف زاده و استاد مشاور این طرح پرفسور حسین سالارآملی از اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر هستند و همچنین این طرح تحت حمایت اساتید راهنمایی از مرکز نانوفایبر و نانوتکنولوژی دانشکده مکانیک دانشگاه ملی سنگاپور صورت پذیرفته است و نتایج این پژوهش طی مقالاتی در مجله Journal of molecular liquids به چاپ رسیده است.