گروه صنعتی بهین انرژی در این مقاله شما را با یکی از اخرین دستاوردهای پژوهشی در حوزه سلولهای خورشیدی آَشنا خواهد کرد.
مواد چوبی، سلولهای خورشیدی آلی قابل اعتمادی می‌سازند.
یکی از رایج‌ترین مواد آلی طبیعت – لیگنین – می‌تواند برای ایجاد سلولهای خورشیدی آلی پایدار و سازگار با محیط زیست استفاده شود. محققان دانشگاه لینشوپینگ و موسسه فناوری سلطنتی KTH اکنون نشان داده‌اند که لیگنین کرافت فرآوری نشده می‌تواند برای بهبود بیشتر سلولهای خورشیدی آلی استفاده شود. این مطالعه در مجله علمی Advanced Materials منتشر شده است.
هدف بلندمدت متس فهلمن و کیلون ژانگ ساخت یک سلول خورشیدی است که تقریباً به طور کامل از مواد چوبی ساخته شده باشد. به نظر می‌رسد نور خورشید در حال حاضر یکی از منابع اصلی انرژی پایدار است. سلولهای خورشیدی سنتی ساخته شده از سیلیکون کارآمد هستند اما فرآیند تولید پرمصرف و پیچیده‌ای دارند که ممکن است منجر به نشت مواد شیمیایی خطرناک شود. بنابراین، سلولهای خورشیدی آلی به دلیل هزینه تولید پایین، وزن سبک و انعطاف‌پذیری و از این رو کاربردهای فراوان، مانند استفاده در محیط داخلی یا اتصال به لباس برای تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی شخصی، به یک حوزه تحقیقاتی داغ تبدیل شده‌اند.
اما یک مشکل این است که سلولهای خورشیدی آلی از پلاستیک یا پلیمرهای مشتق شده از نفت ساخته شده‌اند. بنابراین، اگرچه آلی هستند، اما به اندازه کافی سازگار با محیط زیست نیستند.
مستقیماً از خمیر چوب
محققان دانشگاه لینشوپینگ و KTH اکنون یک سلول خورشیدی آلی توسعه داده‌اند که در آن بخشی از لایه انتقال الکترون متصل به کاتد در سلول خورشیدی از چیزی به نام لیگنین کرافت ساخته شده است که مستقیماً از خمیر چوب تهیه می‌شود. اگرچه در حال حاضر تنها بخش کوچکی از سلول خورشیدی از لیگنین ساخته شده است، هدف بلندمدت ساخت یک سلول خورشیدی است که تقریباً به طور کامل از مواد چوبی ساخته شده باشد.
متس فهلمن، استاد آزمایشگاه الکترونیک آلی (LOE) در دانشگاه لینشوپینگ، می‌گوید: «ما می‌خواهیم سلولهای خورشیدی کارآمد، قابل اعتماد، ارزان و سازگار با محیط زیست بسازیم. این مطالعه ما را قادر می‌سازد تا نشان دهیم که این امر امکان‌پذیر است و اولین گام برای جایگزینی مواد مبتنی بر نفت امروزی با جایگزین‌های مبتنی بر چوب است.»
در مطالعات قبلی، از مواد مبتنی بر چوب اصلاح‌شده شیمیایی برای افزایش قابلیت اطمینان یا پایداری، هم در سلولهای خورشیدی آلی و هم در سلولهای خورشیدی ساخته‌شده از ماده کریستالی پروسکایت استفاده شده است.
در مطالعه‌ای که اخیراً منتشر شده است، محققان لینشوپینگ از یک نسخه «خام» لیگنین، به نام لیگنین کرافت، که مستقیماً از چوب در فرآیند تولید کاغذ استخراج می‌شود، استفاده کردند. آنها به همراه KTH، تجزیه و تحلیل کردند که کدام ترکیب مولکولی لیگنین برای این منظور مناسب‌تر است.
کیلون ژانگ، مهندس ارشد تحقیقات در LOE، می‌گوید: «ما یک ماده یا کامپوزیت از لیگنین کرافت ساخته‌ایم که قرار است لایه رابط کاتد را تشکیل دهد. معلوم شد که این امر باعث پایداری بیشتر سلول خورشیدی شده است. مزیت لیگنین کرافت این است که توانایی ایجاد پیوندهای هیدروژنی زیادی را دارد که به تثبیت سلول خورشیدی کمک می‌کند.»
غیرسمی، پایدار و ارزان
سلولهای خورشیدی ارگانیک در حال حاضر، عمدتاً برای کاربردهای داخلی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها همچنین می‌توانند جایگزین باتری‌ها در حسگرها و دستگاه‌های کم‌مصرف مشابه شوند. به گفته متس فهلمن، این اولین قدم به بازار سلولهای خورشیدی ارگانیک است. سپس می‌توان این فناوری را برای کاربردهای بزرگتر مانند تأمین انرژی خالص، مقیاس‌بندی کرد. تجهیزات آزمایشگاهی با سیم. برای آزمایش پایداری و کارایی سلول خورشیدی در آزمایشگاه از یک خورشید مصنوعی استفاده می‌شود.
متس فهلمن می‌گوید: «سلولهای خورشیدی آلی هرگز کارآمدترین نخواهند بود. اما مزیت آنها این است که غیرسمی، پایدار و ارزان هستند. اگر 15 تا 20 درصد بازده داشته باشند، برای اکثر کاربردها بیش از حد کافی است.»
این مطالعه عمدتاً توسط بنیاد نات و آلیس والنبرگ از طریق مرکز علوم چوب والنبرگ تأمین مالی شده است. همچنین از آژانس انرژی سوئد، شورای تحقیقات سوئد، بنیاد همکاری بین‌المللی در تحقیقات و آموزش عالی سوئد – STINT و حوزه تحقیقات استراتژیک دولت سوئد در مورد مواد کاربردی – AFM – در دانشگاه لینشوپینگ بودجه دریافت شده است.
گروه صنعتی بهین انرژی با حمایت از پروژه های پژوهشی در حوزه انرژی خورشیدی و انرژیهای تجدیدپذیر، امادگی خود را برای همکاری با دانشگاهها و موسسات پژوهشی اعلام می دارد.
منبع:
https://liu.se/en/news-item/tramaterial-ger-palitliga-organiska-solceller
