ساخت آزمایشگاهی نسل‌های جدید سلول‌های خورشیدی با طول عمر و پایداری بیشتر

به گزارش اقتصاد انرژی، دکتر یاسر عبدی با بیان این‌که کار ما عمدتاً آزمایشی و کاربردی است، به ایسنا گفت: علاوه‌بر مطالعات فیزیکی، تئوری و نظری که روی سلول‌هایی که می‌سازیم انجام می‌دهیم، بازدهی آن‌ها را نیز اندازه‌گیری، طول عمر آن‌ها را رصد و عوامل موثر در ناپایداری و عوامل موثر بر بهبود عملکرد آن‌ها را بررسی می‌کنیم، هم‌اکنون این سلول‌ها به‌صورت سلول‌های آزمایشگاهی در آزمایشگاه ساخته می‌شوند.

این فعال حوزه سلول‌های خورشیدی با بیان این‌که این سلول‌ها در دنیا هنوز به آن حد مطلوب پایداری نرسیده‌اند که بتوانند وارد بازار شوند، افزود: البته ما هم از این قاعده مستثنا نیستیم. می‌کوشیم که بتوانیم طول عمر، پایداری، تکرارپذیری و عملکرد آن‌ها را به حدی زیاد کنیم که قابل رقابت با سلول‌های نسل اولیه و قابل عرضه به بازار باشند.

تشریح علمی نحوه تولید برق از انرژی خورشیدی

استاد دانشکده فیزیک دانشکدگان علوم دانشگاه تهران در تشریح علمی نحوه تولید برق از انرژی خورشیدی با بیان این‌که نانوالکترونیک سلول‌های خورشیدی به خصوص سلول‌های خورشیدی نسل جدید بر پایه نانوساختار به رشته فیزیک و به صورت تخصصی‌تر  نانوفیزیک و فیزیک ادوات مربوط است، ادامه داد: ما با استفاده از نانوساختارهای متعدد بلورهای متعدد به لحاظ فیزیکی تولید انرژی الکتریکی یا نیروی الکتریکی از انرژی خورشیدی را بهینه می‌کنیم.

دکتر عبدی درباره فرآیندی که در سلول خورشیدی برای تولید انرژی یا برق اتفاق می‌افتد، توضیح داد: در سلول‌های فتوولتائیک نور به یک قطعه‌ رسانا یا قطعه‌ای نانوساختار می‌تابد که به‌صورت نامتجانس به لحاظ الکتریکی در کنار هم قرار گرفته‌اند و تابش نور یا فوتون‌ها به تولید الکترون حفره منجر می‌شود.

وی افزود: الکترون حفره‌های تولیدشده همان بارهای مثبت، منفی هستند که قرار است برای ما برق تولید کنند. برای این‌که طول عمر این‌ها افزایش پیدا کند، باید از یکدیگر جدا شوند. پس از این‌که از هم جدا ‌شدند، الکترون‌ها و حفره‌هایی که بارهای مثبت دارند، باید به سمت الکترون‌های مثبت و منفی بروند و برای ما برق تولید کنند.

استاد دانشکده فیزیک دانشکدگان علوم دانشگاه تهران خاطرنشان کرد: حرکت الکترون‌ها به سمت الکترودها هم باید به‌نحوی مهندسی شود که الکترون‌ها پیش از رسیدن به الکترود مربوط به خود از بین نروند. بنابراین، برای افزایش بازدهی یک سلول خورشیدی ما باید بتوانیم درصد زیادی از نور خورشید را اولاً جذب کنیم که درصد زیادی از فوتون‌ها بتوانند به الکترون و حفره تبدیل شوند و درصد زیادی از الکترون حفره‌ها بتوانند از هم جدا شوند و درصد زیادی از الکترون و حفره‌هایی که از هم جدا شده‌اند، بتوانند ترابرد موفقیت‌آمیزی به سمت الکترودهای مربوط‌ به خود داشته باشند تا در نهایت ضرب همه این‌ها بتواند بازدهی مطلوب به ما بدهد. در واقع از این دانش استفاده می‌کنیم تا افزایش بازدهی در سلول‌های خورشیدی را برای مواد مختلف نانوساختار فراهم کنیم.

دکتر عبدی با بیان این‌که هزینه تولید سلول خورشیدی خیلی بالا نیست، گفت: البته ایجاد زیرساخت‌های مورد نیاز در حوزه انرژی و ساخت نیروگاه‌های خورشیدی، بادی، آبی، گازی و سوخت‌های دیگر، به سرمایه‌گذاری نیاز دارد. اغلب به این ترتیب که برای تولید سلول‌های خورشیدی ابتدا یک سرمایه‌گذاری اولیه انجام می‌شود. طول عمر نیروگاه تولید سلول‌های خورشیدی متوسط ۱۰ تا ۱۵ سال است و حالا باید این‌طور سنجید که وقتی نیروگاه ساخته می‌شود، سلول خورشیدی با همان هزینه اولیه قرار است ۱۰ تا  ۱۵ سال انرژی تولید کند و این مقرون به‌صرفه است.

وی تصریح کرد: باید بکوشیم هزینه ساخت اولیه نیروگاه خورشیدی را کاهش دهیم. استفاده از این انرژی در کشورهایی مانند کشور ما که از انرژی آفتابی خوبی برخوردار است و در اغلب روزهای سال تابش خورشید را دارد، به‌صرفه است.

استاد دانشکده فیزیک دانشکدگان علوم دانشگاه تهران افزود: البته اگر بخواهیم برقی را که به‌صورت یارانه‌ای در اختیار مردم قرار می‌گیرد، در نظر بگیریم، ممکن است خیلی به‌صرفه نباشد، اما اگر یارانه را از برق‌ حذف کنیم، نه تنها برای دولت‌ها، بلکه برای مردم هم خیلی به‌صرفه خواهد بود که به سمت نسل اول سلول‌های خورشیدی(سیلیکونی) بروند. این موضوع  از این جهت قابل طرح است که هرچند این سلول‌های نسل جدید هنوز کاملاً وارد بازار نشده‌اند، اما سلول‌هایی هستند که با هزینه‌های خیلی کمتر و قابلیت‌های بیشتر ساخته می‌شوند. بنابراین در آینده نه‌چندان دور نسل‌های جدیدی از سلول‌های خورشیدی را خواهیم داشت که نه‌ تنها به صرفه، بلکه به‌شدت قابل رقابت با سایر انواع تولید انرژی خواهند بود.

دکتر عبدی با بیان این‌که برای افزایش بازدهی‌ سلول‌های خورشیدی نسل اول که سیلیکونی بودند روش‌هایی وجود داشت، افزود: سال‌ها دانشمندان روی آن کار کردند و به بازدهی‌های بیش از ۳۰ درصد رسیدند که عملاً متوقف شد.

ایجاد نسل‌های دوم و سوم سلول‌های خورشیدی بر مبنای نانوساختار

وی با بیان این‌که برای سلول‌های نسل اول بازدهی بیشتر از این حتی به‌لحاظ تئوری قابل تصور نیست، خاطرنشان کرد: از همین‌رو نسل‌های جدیدتر سلول خورشیدی، یعنی نسل دوم و سوم پدید آمدند. در نسل سوم، سلول‌ها بر مبنای نانوساختار بودند و پیش‌بینی می‌شود بازدهی آن‌ها تا بیش از۷۰ درصد هم بالا برود.

استاد دانشکده فیزیک دانشکدگان علوم دانشگاه تهران افزود: روش‌های متعددی هم برای افزایش بازدهی آن‌ها وجود دارد. البته مسأله فقط بازدهی سلول‌های خورشیدی نیست، بلکه طول عمر، آلاینده نبودن موادی که در سلول‌های خورشیدی به کار می‌رود، پایداری در برابر رطوبت و دما هم اهمیت فراوانی دارد.

ایران در تولید صنعتی سلول‌های خورشیدی عقب‌تر از دیگر کشورها

دکتر عبدی تصریح کرد: امروزه دانشمندان مطالعات بسیاری روی این مسأله انجام داده‌اند. در ایران نیز فعالیت‌های بسیاری در این حوزه انجام شده و هنوز هم در حال پژوهش هستیم. در ایران، تحقیقات بسیاری در حوزه تولید سلول‌های خورشیدی و مطالعات بر پایه آن داریم، اما در صنعت به دلیل این‌که در خصوص سلول‌های نسل اول خیلی فعال نبودیم، به لحاظ تولید صنعتی از کشورهای دیگر دنیا عقب‌تر هستیم، اما با پیشرفت‌هایی که در سلول‌های نسل جدید حاصل می‌شود، با پیدا کردن راهی برای ورود به بازار و تکامل سلول‌های نسل جدید در سطح دنیا می‌توان انتظار داشت که این صنعت در کشور ما هم پیشرو شود.

وی خاطرنشان کرد: اما هنوز در تولید در صنعت کاری انجام نمی‌شود. البته شرکت‌هایی هستند که پنل‌های خورشیدی را خریداری و اسمبل و در ساخت نیروگاه‌ها از آن استفاده می‌کنند. با وجود این‌که سلول‌های نسل اول بر پایه سیلیکونی پیچیدگی زیادی ندارند، ما هنوز نتوانستیم در کشور سلول خورشیدی بسازیم. امید می‌رود در ایران بتوان روی سلول‌های نسل جدید تمرکز کرد و آن را به تولید انبوه رساند.

استاد دانشکده فیزیک دانشکدگان علوم دانشگاه تهران گفت: اگر سیاست تخصیص یارانه به انرژی برق را حذف کنیم و دولت‌ها برای تأمین برق به استفاده از انرژی خورشیدی موظف باشند، می‌توان از این انرژی استفاده کرد.

دکتر عبدی ادامه داد: دولت‌های ما متأسفانه علاوه‌بر هزینه‌های تولید روزانه برق هزینه‌های انتقال را هم متحمل می‌شوند، یعنی نیروگاهی را در بخشی از کشور ایجاد می‌کنیم، سپس این انرژی باید به یک شهر یا منطقه دیگر منتقل شود، این در حالی است که با انرژی خورشیدی می‌توانیم برق تمام روستاها، مناطق صعب‌العبور و مناطقی را که جمعیت کمی دارند و انتقال برق به آن مناطق به صرفه نیست، به سادگی تأمین کنیم.

وی تصریح کرد: حتی عشایر ما که در حال کوچ هستند، می‌توانند از انرژی خورشیدی با نصب یکسری نیروگاه‌های سیار بهره‌مند شوند. بنابراین، اگر بپذیریم که هزینه تولید برق در شرایط کنونی برای دولت‌ها خیلی بیشتر از انرژی خورشیدی است، حتماً کشور ما هم به آن سمت خواهد رفت که بتواند به دانشمندان و مهندسان خود اعتماد کند. امید می‌رود بتوانیم در استفاده از این انرژی پاک و تجدیدپذیر با توجه به این‌که منبع خوبی از آن را در کشور داریم، در تولید پیشگام باشیم.