دانشمندان موفق شدند یک مانع ۶۰ ساله در زمینه بازدهی انرژیهای خورشیدی را از میان بردارند.
به گزارش پایگاه خبری بهرهورنیوز به نقل از دیجیاتو، انرژی خورشیدی بدون شک یکی از جذابترین منابع تجدیدپذیر است. با استفاده از سلولهای فتوولتائیک ما میتوانیم قدرت بینظیر خورشید را مهار و برق خانههایمان را تأمین کنیم؛ اما این ایده رؤیایی در عمل با یک محدودیت فیزیکی بزرگ روبهرو است. از تمام انرژی زیادی که ستاره ما به زمین میتاباند، پنلهای فعلی در بهترین حالت فقط میتوانند حدود ۳۳ درصد آن را به برق قابل استفاده تبدیل کنند.
اکنون تیمی از دانشمندان در ژاپن و آلمان موفق شدهاند با یک روش جدید این مشکل قدیمی را برطرف و رکوردی خارقالعاده ثبت کنند. این دستاوردی بیسابقه میتواند آینده تولید انرژی پاک را دگرگون کند.
رکورد جدید در بازدهی انرژی سلولهای خورشیدی
سقف بازدهی سلولهای خورشیدی با نام «محدودیت شاکلی-کوایسر» (Shockley-Queisser) شناخته میشود که برگرفته از نام دو فیزیکدانی است که برای اولینبار در سال ۱۹۶۱ آن را نظریهپردازی کردند. دلیل این محدودیت به قوانین ترمودینامیک بازمیگردد. نور خورشید مانند یک رنگینکمان وسیع از انرژی نوری به ما میرسد، اما ما فقط میتوانیم بخش باریکی از این طیف را به الکتریسیته تبدیل کنیم. مابقی این انرژی یا از پنل عبور میکند و یا بهصورت گرمای اضافی از دست میرود.
بااینحال، اکنون فرایند جدید محققان میتواند این مانع را از میان بردارد. محققان دریافتند که اگر یک ترکیب خاص را با نور آبی پرانرژی (بخشی از طیف نوری که معمولاً نمیتوانیم آن را به برق تبدیل کنیم) بمباران کنند، قادر خواهند بود انرژی ورودی را به دو بخش قابل استفاده تقسیم کنند. آنها با استفاده از روش نوآورانه خود توانستند به بازدهی تبدیل انرژی حدود ۱۳۰ درصدی دست یابند؛ این بدان معناست که به ازای هر ۱۰۰ فوتون ورودی، آنها موفق به برداشت ۱۳۰ حامل انرژی قابل استفاده شدند.
برای دستیابی به این موفقیت چشمگیر، دانشمندان مولکول آلی تتراسن (Tetracene) را با عنصر فلزی مولیبدن (Molybdenum) ترکیب کردند. اگرچه دانشمندان پیشازاین نیز از تتراسن برای مهار این نوع نور آبی پرانرژی استفاده کرده بودند، اما مشکلات عملی مانع از تبدیل انرژی در طولانیمدت میشد. به گفته این تیم تحقیقاتی، اضافهشدن عنصر مولیبدن توانسته است این مشکل را بهطور کامل برطرف کند.
«یویچی ساساکی» (Yoichi Sasaki)، شیمیدان دانشگاه کیوشو و یکی از نویسندگان این مطالعه، درباره این نوآوری توضیح داد که برای عبور از محدودیت شاکلی-کوایسر دو استراتژی اصلی وجود دارد. استراتژی اول، تبدیل فوتونهای فروسرخ با انرژی پایین به فوتونهای مرئی با انرژی بالاتر است. استراتژی دوم که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته، استفاده از پدیدهای به نام شکافت منفرد برای تولید دو اکسایتون (Exciton) از یک فوتون واحد است.
البته باید به این نکته مهم توجه داشت که این آزمایشها تاکنون فقط در شرایط کنترلشده آزمایشگاهی انجام شدهاند. کارآمدترین پنلهای خورشیدی تجاری موجود در بازار هنوز بازدهی در حدود ۲۵ درصد دارند و این رقم احتمالاً در آینده نزدیک تغییر چشمگیری نخواهد کرد.
یافتههای این پژوهش در ژورنال American Chemical Society منتشر شده است.