ساخت سلول‌های الکتروشیمیایی بهینه با الهام گیری از چشم بیدها

بیدها می‌بایست از کمترین نوری که به چشم هایشان می‌رسد استفاده کنند تا در تاریکی دیده نشوند. این دوری از شکارچیان مستلزم این است که بیشترین نور ممکن دریافت شود و کمترین نور ممکن نیز بازتاب داده شود که خود این موضوع باعث الهام گیری پژوهشگران آزمایشگاه علوم مواد و فناوری آزمایشگاه‌های فدرال سوییس شده تا سلول‌های الکتروشیمیایی جدیدی را با استفاده از مواد ارزان بسازند. 

فتوسنتز یا نورساخت فرایندی است که در طی آن انرژی نور به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود؛ در این فرایند برای مثال با شکافته شدن مولکول آب به هیدروژن و اکسیژن از آن برای تولید مولکول جدیدی استفاده می‌شود. طی سال‌های اخیر تلاش‌های زیادی برای توسعه‌ی سامانه‌های مصنوعی فتوسنتز به روش‌های مختلف به گونه‌ای که هم ارزان و هم به صرفه باشد انجام گرفته است تا دستیابی به انرژی پاک و تجدید پذیر ممکن شود اما تاکنون کسی به چنین مهمی نائل نیامده است.

گویا راه حل کار در چیزی نهفته است که همواره به زشتی معروف بوده، زنگار یا همان زنگ آهن و به عبارت علمی اکسید آهن ماده‌ای است که امید می‌رود در آینده‌ای نزدیک بتواند نقشی موثر در ساخت سلول‌های الکتروشیمیایی ایفا کند. زنگار قادر است فرکانس‌های با انرژی بالای نور را جذب کند اما به دلیل خاصیت الکتریکی ضعیفش تنها می‌توان از لایه‌ی بسیار نازکی از آن در طراحی استفاده کرد که خود باعث کم بودن میزان نور جذبی خواهد شد. برای حل این مساله می‌توان از لایه‌ای از اکسید تنگستن استفاده کرد تا ساختاری مشابه آینه‌ی تشکیل شود و نور با به دام افتادن تا جذب کامل مدام بازتاب پیدا کند.

اینجاست که چشم بید وارد کار می‌شود و ریزساختار آن راهگشایی می‌شود برای دانشمندان تا بتوانند سلول‌های الکتروشیمیایی بسیار بهتری را بسازند. پژوهشگران در این طرح از سوسپانسیونی از ذرات پلاستیک حاوی نمک تنگستن و اسپری کردن آن بر روی سطحی شیشه‌ای استفاده کردند که با قرار دادن آن در کوره و سوزاندن لایه‌ی پلاستیکی تنها تنگستن را بر روی سطح باقی می‌گذارد. در مرحله‌ی بعدی همین فرایند برای اکسید آهن تکرار می‌شود و در نهایت لایه‌ای باقی می‌ماند که می‌تواند همچون چشم بید نور را جذب کند.

یکی از اهداف اصلی این آزمایش این بود که بتوان میزان تنگستن مورد نیاز برای همراهی کردن با اکسید آهن را به درستی تعیین کرد. نسبت بهینه‌ی این دو ماده بیشترین بازدهی را در سلول الکتروشیمیایی نهایی به دست خواهد داد که می‌توان از آن برای ساخت سلول‌های خورشیدی چشم بید با بازدهی عالی بهره برد.

خنک‌سازی خودکار و تولید انرژی بیشتر با استفاده از سلول‌های خورشیدی جدید

سلول‌های خورشیدی لازم است برای طول عمر بیشتر و عملکرد جذب انرژی بهتر تا حدودی خنک بمانند. اما خنک‌سازی فعال نظیر ایجاد سیستم تهویه چندان کاربردی نخواهد بود چرا که علاوه بر گران قیمت بودن، مقدار زیادی از اشعه‌ای که قرار است سلول‌ها جذب کنند را بلوکه می‌کند.

محققان دانشگاه استنفورد نوع جدیدی از سلول‌های خورشیدی را تولید کرده‌اند که به خنک‌سازی خودکار خود می‌پردازد. تکنیک استفاده شده توسط این محققان، ایجاد زائده‌های هندسی بسیار کوچکی به شکل هرم و مخروط بر روی سطح سیلیسی سلول‌ها است که به دور کردن طول موج‌های فروسرخ و گرم تابیده شده پرداخته و در عین حال اخلالی در جذب نور مرئی که بیشتر انرژی دریافتی را ارائه می‌کند ایجاد نخواهد نمود.

نتیجه‌ی نهایی، پنل‌های خورشیدی بسیار بهینه شده‌ای است که نه تنها مقادیر بالاتری از انرژی را تولید می‌کنند، بلکه از کاهش عمر سلول‌ها بدلیل گرما و حرارت نیز پیشگیری می‌کند. بنا بر گفته‌ی خود محققان، نتیجه‌ی امر ایجاد پنل‌هایی در سطح بسیار ایده‌آل بوده است. تیم محققان استنفورد همچنان راه درازی برای پیمودن در پیش داشته و لازم است در وحله‌ی اول به آزمایش این تکنولوژی خنک‌شونده در فضای باز و شرایط غیر آزمایشگاهی بپردازد؛ اما پیش‌بینی محصولات تجاری تولید شده بر مبنای این شیوه دور از دسترس نیست.

می‌توان انتظار داشت که در آینده‌ی نزدیک پنل‌های خورشیدی با استفاده از این تکنولوژی به بازار مصرف ارائه شده و بتوان ردیفی از آن‌ها را بر روی سقف خانه تعبیه نمود که علاوه بر نیرو بخشیدن به اغلب گجت‌های شما، پس از تحمل چندین تابستان سوزان نیز با مشکل مواجه نشوند.