محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق شدند بازده تولید انرژی سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ را با کمک فناوری نانو بهبود دهند.
به گزارش ایسنا، محبوبه رفیعی‌پور چیرانی، دانش‌آموخته مقطع دکتری رشته شیمی کاربردی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «تهیه نانو فیلرهایی بر پایه گرافن عاملدار شده با کمپلکس فلز واسطه با هدف بهبود عملکرد سلول خورشیدی حساس به رنگ» که آن را با راهنمایی پروفسور الهه کوثری و دکتر مریم یوسف زاده و مشاوره پروفسور حسین سالارآملی از اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام داده است، گفت: با رشد سریع صنعتی شدن و تغییر سبک زندگی تقاضای جهانی برای انرژی به شکل فزاینده‌ای رو به افزایش است.
وی گفت: طی سال‌های متمادی سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز طبیعی و زغال‌سنگ منابع بالقوه انرژی برای برآوردن این تقاضای جهانی انرژی محسوب می‌شده است.
محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر خاطر نشان کرد: در صورت ادامه این روند ما در سیاره‌ای تهی از منابع فسیلی به دام خواهیم افتاد که بر اثر تولید گازهای گلخانه‌ای حاصل از احتراق با دشواری‌های زیست‌محیطی گریزناپذیری روبرو خواهد بود.
رفیعی‌پور ادامه داد: به همین دلیل، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های امروزه بشر جایگزینی سوخت فسیلی با منابع انرژی تجدیدپذیر و پاک است؛ از این رو، برای چنین چالشی باید با به‌کارگیری ترکیب‌ها و منابع در دسترس راه‌حلی به‌صرفه ارائه داد.
این محقق با بیان اینکه تابش خورشید بهترین منبع زیست‌محیطی و بزرگ‌ترین منبع موجود از انرژی پاک است، گفت: به‌کارگیری توان خورشیدی در فناوری فتوولتایی می‌تواند پاسخی معقول به چالش انرژی باشد.
وی افزود: پیشرفت در تولید سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ نقطه عطفی در طراحی یک سلول خورشیدی مقرون به صرفه، سبک و سازگار با محیط زیست ایجاد کرده است. تولید انرژی در سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ یا به اصطلاح DSSCها شبیه فتوسنتز است، یعنی رنگ حساس به نور پوشش داده شده بر روی الکترود، نور خورشید را برای تحریک الکترون‌ها جهت تولید الکتریسیته جذب می‌کند و انتقال الکتریسیته از الکترون‌ها به الکترودها درون سلول بر عهده الکترولیت است.
وی با بیان اینکه دستیابی به ترکیب پایدار در الکترولیت با ایجاد توازن بین عملکرد فتوولتائیک و پایداری طولانی‌مدت آن یکی از گلوگاه‌های تجاری‌سازی موفقیت‌آمیز DSSC به شمار می‌آید، گفت: ماهیت خورنده و پایداری پایین زوج ردوکس در حلال‌های آلی الکترولیت‌ها چالش مهمی را برای تولید DSSC در مقیاس صنعتی ایجاد می‌کند.
وی با بیان اینکه این طرح تحت حمایت اساتید راهنمایی از مرکز نانوفایبر و نانوتکنولوژی دانشکده مکانیک دانشگاه ملی سنگاپور صورت پذیرفته است و نتایج آن طی مقالاتی در Journal of molecular liquids به چاپ رسیده است، گفت: ما برای اولین بار موفق شدیم با سنتز دو نوع متفاوت از نانوفیلرهای بر پایه گرافن اکساید در حلال مایعات یونی ایمیدازولی به ترکیبی پایدار در الکترولیت شبه جامد با بازده تبدیل انرژی بالا در DSSC دست یابیم.
به گفته وی، استفاده از این نوع نانو الکترولیت‌های کامپوزیتی که مبتنی بر مایعات یونی سازگار با محیط زیست هستند، می‌تواند نشت الکترولیت را محدود کند و انعطاف‌پذیری و پایداری دستگاه را بهبود بخشد.
رفیعی پور با بیان اینکه ساخت سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ در آزمایشگاه دانشگاه صنعتی امیرکبیر به صورت پایلوت و در اشل آزمایشگاهی انجام شده است، افزود: در صورت نیازسنجی و وجود امکانات بیشتر می‌توان استفاده از این مواد را به مقیاس صنعتی نیز گسترش داد.
وی گفت: از ویژگی‌های طرح حاضر دستیابی به سلول خورشیدی حساس به رنگ مبتنی بر الکترولیت مایع یونی به همراه سیستم کامپوزیتی حاوی نانوفیلرهایی است که در مقایسه با الکترولیت‌های آلی فراری چون استونتریل و والرونیتریل سازگاری بالایی با محیط زیست دارند و می‌توانند بازده تبدیل انرژی را بهبود بخشند.
وی با اشاره به دیگر ویژگی‌های این طرح، گفت: از طرف دیگر ما موفق به سنتز مشتقات جدیدی از گرافن اکساید با استفاده از فلز واسطه کبالت شدیم که پیش‌بینی می‌شود نقش یک رودکس کمکی را در ماتریس الکترولیت ایفا کند.
محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: همچنین در این پژوهش برای اولین بار از لانزوپرازول به عنوان یک گروه عاملی با پیوند کووالانسی در ساختار گرافن اکساید کمک گرفته شده و قابلیت استفاده آن با توجه به ساختار الکترونی اتم‌های تشکیل دهنده مورد بررسی قرار گرفته است.
وی با بیان اینکه در مقایسه با فناوری‌های خورشیدی نسل اول و دوم، ساخت نسل سوم سلول‌های خورشیدی به دلیل تنوع بالا، انعطاف‌پذیری در ساختار و همچنین مقرون به صرفه بودن همواره رو به رشد و پیشرفت است، گفت: نمونه‌های آزمایشگاهی و صنعتی زیادی از این نوع سلول‌ها وارد بازار شده و در رنگ‌های متنوع در معماری ابنیه‌ها مورد استفاده قرار گرفته و همچنین به دلیل کارکرد بهینه در نور کم در ساخت وسایل الکترونیکی و همچنین در منسوجات نظامی از آن استفاده شده است.
به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: امید است کاربرد ترکیب‌های نوین درکنار گرافن اکساید دریچه‌ای به سوی ساخت سلول‌های خورشیدی کارآمد و پایدار ایجاد کند.
منبع: ایسنا