به گزارش تجارت نیوز، در حالی که جهان با سرعتی بی‌سابقه به سمت استفاده از منابع انرژی پاک و پایدار حرکت می‌کند، خورشید همچنان به عنوان یکی از در دسترس‌ترین و قدرتمندترین منابع انرژی شناخته می‌شود. با این حال، دستیابی به سلول‌های خورشیدی کارآمد، ارزان و بادوام هنوز یکی از چالش‌های اصلی دانشمندان است.
در این میان، تیمی از مهندسان دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ (PolyU) توانسته‌اند گامی بزرگ به سوی تحقق رویای انرژی خورشیدی با راندمان بسیار بالا بردارند. این تیم اعلام کرده است که در حال توسعه‌ی سلول‌های خورشیدی پشت‌سرهم پروسکایت/سیلیکون (TSC) هستند که می‌توانند بازدهی تبدیل انرژی را از حدود ۳۴ درصد به نزدیک ۴۰ درصد افزایش دهند؛ عددی که اگر محقق شود، می‌تواند صنعت انرژی خورشیدی را متحول کند.
مسیر پیشرفت؛ از آزمایشگاه تا واقعیت
پژوهشگران به رهبری پروفسور لی گنگ و پروفسور یانگ گوانگ از دانشکده مهندسی برق و الکترونیک PolyU، استراتژی جامعی برای افزایش راندمان، پایداری و مقیاس‌پذیری این سلول‌های خورشیدی ارائه داده‌اند.
هدف نهایی آنها این است که فناوری‌های جدید انرژی خورشیدی را با اهداف خنثی‌سازی کربن چین تا سال ۲۰۶۰ هماهنگ کنند.
پروفسور لی در توضیح این طرح گفت: «در حالی که دستگاه‌های کوچک آزمایشگاهی پیشرفت زیادی در بهره‌وری نشان داده‌اند، هنوز نیاز است که قابلیت اطمینان آنها بهبود یابد و اختلاف عملکرد بین نمونه‌های کوچک و ماژول‌های بزرگ به حداقل برسد.»
به گفته این تیم، چالش اصلی در مسیر توسعه‌ی این فناوری، آسیب‌پذیری مواد پروسکایت در برابر رطوبت، اکسیژن، نور فرابنفش و تغییرات دمایی است. این عوامل می‌توانند در بلندمدت موجب کاهش کارایی سلول‌های خورشیدی شوند.
چالش‌های صنعتی و تولید در مقیاس بالا
محققان PolyU تاکید کردند که انتقال این فناوری از محیط آزمایشگاهی به تولید صنعتی در مقیاس بزرگ، نیازمند غلبه بر چالش‌هایی همچون یکنواختی مواد، کنترل نقص‌ها و افزایش دوام ماژول‌ها است.
اگرچه آزمایش‌های فضای باز برای ارزیابی عملکرد این سلول‌ها آغاز شده، اما هنوز داده‌های مربوط به پایداری بلندمدت در دسترس نیست.
برای رفع این چالش‌ها، تیم تحقیقاتی پیشنهاد داده است که از آزمایش‌های پایداری تسریع‌شده بر اساس استانداردهای کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) استفاده شود تا اطمینان حاصل شود که این سلول‌ها قادر به تحمل شرایط واقعی محیطی هستند.
پروفسور لی در ادامه بیان کرد: باید مطمئن شویم که مواد و فرآیندهای تولید با استانداردهای صنعتی جهانی سازگار هستند تا بتوانیم به مرحله تجاری‌سازی برسیم.»
پایداری زیست‌محیطی؛ چالش و فرصت
اگرچه مواد پروسکایت از نظر هزینه نسبتا مقرون‌به‌صرفه‌اند، اما حاوی عناصر کمیاب و مقدار کمی سرب هستند که نگرانی‌هایی در زمینه‌ی آلودگی و بازیافت ایجاد می‌کند.
تیم PolyU به دنبال توسعه‌ی جایگزین‌های پایدارتر و طراحی سیستم‌های مدیریت یا بازیافت موثر سرب است تا اطمینان حاصل شود که توسعه‌ی این فناوری با اصول حفاظت از محیط زیست همسو است.
این رویکرد، ترکیبی از نوآوری علمی و مسئولیت‌پذیری زیست‌محیطی را به نمایش می‌گذارد. به گفته‌ی محققان، اگر صنعت بتواند نیازهای عملکردی و پایداری را برآورده کند، سلول‌های خورشیدی پروسکایت/سیلیکون می‌توانند به سنگ بنای اصلی انرژی‌های تجدیدپذیر آینده تبدیل شوند.
همکاری دانشگاه و صنعت برای تحقق آینده
پژوهشگران PolyU بر اهمیت همکاری میان دانشگاه‌ها، صنایع انرژی و مراکز تحقیقاتی تاکید کردند. پروفسور یانگ گوانگ در این باره گفت: «توسعه‌ی سلول‌های خورشیدی کارآمد و قابل اعتماد نیازمند حل چالش‌های علمی باقی‌مانده است تا بتوانیم به هزینه‌های برق پایین‌تر دست پیدا کنیم.»
او افزود که ادغام علم مواد، مهندسی دستگاه و مدل‌سازی اقتصادی کلید اصلی آماده‌سازی برای تولید صنعتی این فناوری خواهد بود.
به گفته این تیم، با تکمیل تحقیقات و آغاز فاز تجاری‌سازی، می‌توان روند گذار از نمونه‌های آزمایشگاهی به تولید در مقیاس بزرگ را سرعت بخشید. این دستاورد، به ویژه برای کشورهایی مانند چین که به دنبال مهار انتشار کربن و تحقق بی‌طرفی اقلیمی هستند، از اهمیت زیادی برخوردار است.
تاثیرات گسترده بر صنعت و فناوری
پروفسور یانگ در ادامه گفت: «هدف ما ارائه‌ی منبعی پایدار از انرژی تجدیدپذیر با راندمان بالا است تا بتوانیم انرژی سبز و قابل اطمینانی برای صنایع پرمصرفی مانند هوش مصنوعی (AI) تامین کنیم. این امر به تسریع تحول کم‌کربن در ساختار انرژی جهانی کمک خواهد کرد.»
چنین دستاوردی می‌تواند به کاهش وابستگی صنایع سنگین به سوخت‌های فسیلی و کاهش چشمگیر انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند. اگر این پروژه موفقیت‌آمیز باشد، سلول‌های خورشیدی پروسکایت/سیلیکون با راندمان ۴۰ درصدی می‌توانند از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی به پشت‌بام خانه‌ها، نیروگاه‌های خورشیدی و شبکه‌های برق صنعتی راه پیدا کنند.
انتشار یافته‌ها و اهمیت جهانی
یافته‌های تیم PolyU در مجله معتبر Nature Photonics منتشر شده است و جامعه علمی جهانی از آن به عنوان یکی از پیشرفت‌های قابل توجه در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر یاد کرده است.
به گفته کارشناسان، دستیابی به بازدهی نزدیک به ۴۰ درصد در سلول‌های خورشیدی می‌تواند بهره‌وری انرژی خورشیدی را تا دو برابر نسبت به فناوری‌های معمولی افزایش دهد و این موضوع، تاثیری شگرف بر کاهش هزینه‌های انرژی پاک در سطح جهان خواهد داشت.
تلاش‌های بی‌وقفه‌ی مهندسان دانشگاه PolyU نشان می‌دهد که آینده‌ی انرژی خورشیدی بسیار روشن‌تر از قبل است. پیشرفت در فناوری سلول‌های پروسکایت/سیلیکون پشت‌سرهم نه‌تنها گامی بزرگ در جهت افزایش راندمان و کاهش هزینه‌هاست، بلکه نشان‌دهنده‌ی تعهد علمی و زیست‌محیطی بشر به حفظ زمین و آینده‌ای کم‌کربن است.
اگر هدف بازدهی ۴۰ درصدی محقق شود، این دستاورد می‌تواند نقطه عطفی در تاریخ انرژی‌های تجدیدپذیر باشد و زمینه‌ساز تحولی جهانی در تولید برق پاک و مقرون‌به‌صرفه شود.
