ساخت يک وسيله جديد براي توليد برق با استفاده از نور لامپ

گروه فناوری: یک گروه بين المللي از محققان موفق به ساخت وسيله جديدي شبيه به نوعي سلول خورشيدي شده اند که مي توان از آن در فضاي بسته نيز استفاده کرد. اين وسيله قادر است با استفاده از نور يک لامپ هم برق توليد کند.

به گزارش بولتن نیوز، ما براي ايجاد يک ميدان مغناطيسي گسترده براي انتقال داده ها به تلفن هاي همراه و دستگاه هاي واي فاي، انرژي کمي مصرف مي کنيم. تاکنون چند گروه تحقيقاتي راه حل هايي براي شارژ بي سيم وسايل از اين طريق مطرح کرده اند؛ اما گروهي از محققان (متشکل از محققان چيني، سوئدي و سوئيسي) طرح استفاده از نور موجود در فضاهاي بسته براي توليد برق را مطرح کرده اند.

اين محققان در اين روش تحقيقاتي خود شکل جديدي از سلول هاي خورشيدي نور حساس را ايجاد کرده اند که محققان ديگر تاکنون نتوانسته اند وعده هاي داده شده در مورد اين سلول ها را عملي کنند. محققان معتقدند که عملکرد اين سلول هاي خورشيد نور حساس در نور کم اتاق نسبت به انواع ديگري از سلول هاي خورشيدي که براي جمع آوري انرژي خورشيدي در خارج از جو زمين مورد استفاده قرار مي گيرند، بهتر است.

حساسيت بسيار زياد

در بيشتر سلول هاي خورشيدي الکترون هاي ايجاد شده در عنصر نيمه رسانا توسط يک سري سيم به عقب رانده مي شوند. سپس جريان مفيدي که توسط مجموعه دوم از سيم ها ايجاد شده است، الکترون ها را به جاي اول خود و به طرف ديگر دستگاه باز مي گرداند. البته کارايي اين فرايند هم توسط مواد فوتو ولتائيک يا مواد قدرت زاي نوري (موادي که در واکنش به نور مرئي، جريان برق توليد مي کنند) و هم به دليل توانايي کم سيستم در عقب راندن الکترون ها قبل از اين که به جاي اصلي خود بازگردند، محدود مي شود.

اصطلاح نور حساس اصطلاح درستي براي دستگاه جديد ايجاد شده توسط محققان نيست. در واقع منظور از کلمه نور در اين اصطلاح همان مواد فوتو ولتاييک است. مواد فوتو ولتاييک موادي هستند که نور را جذب مي کنند و پس از آن الکترون توليد مي کنند. تنها کاري که عنصر نيمه رسانا انجام مي دهند، جذب الکترون ها و عبور دادن آن ها در امتداد يک مسير به عنوان جريان برق است. الکترون ها در سيستم از طريق يک الکتروليت به مکان اصلي خود باز مي گردند که الکترون ها را از سيم هاي خارجي به مولکول هاي مواد فوتو ولتائيک انتقال مي دهد؛ اين کار باعث مي شود اين چرخه بارها و بارها تکرار شود.

اين سيستم چندين مزيت دارد؛ اول اينکه عنصر نيمه رسانا و مواد فوتو ولتائيک مي توانند با ايجاد تغييراتي در محلول ها که نسبت به پانل هاي سيليکوني ارزان قيمت تر و انعطاف پذيرتر هستند، در جايگاه خود قرار گيرند و دوم اينکه با ترکيب اين مواد با مجموعه اي از مواد فوتو ولتاييک که به درستي جمع آوري شده اند، امکان تنظيم ميزان نور دريافتي توسط هر سلول خورشيدي با طول موج هاي متفاوت يا گسترش طول موج هايي از نور که آن ها به صورت موثر جذب مي کنند، وجود دارد.

به نظر مي رسد تمام اين کارها شدني هستند، اما هنوز نتايج قابل قبولي در اين مورد به دست نيامده است. بخشي از اين موضوع به خاطر اين است که مواد فوتو ولتائيک معمولا از مولکول هاي کربن محور بزرگ تشکيل شده اند و توانايي آن ها در انتقال الکترون ها به اندازه بسياري از عناصر نيمه رسانا نيست. از سوي ديگر با وجود اينکه اين مواد مي توانند با هزينه کمي ايجاد شوند؛ اما با توجه به افت قيمت قابل توجه پانل هاي سيليکوني، تفاوت زيادي بين هزينه استفاده از اين دو ماده وجود ندارد.

پيشرفت هاي ادامه دار

افراد فعال در اين زمينه هنوز تسليم نشده اند و در حال دستيابي به پيشرفت هاي کوچک و بزرگي هستند.

براي شروع کار، الکتروليت مورد نياز از فلز مس ساخته شد. اين کار نياز به استفاده از مواد کمياب و گران قيمت را برطرف کرد. الکتروليت ساخته شده از مس، درون قفسه اي متشکل از حلقه هاي کربن و نيتروژن قرار مي گيرند و آن ها را بزرگ تر مي کند. ترکيب اين حلقه با يکي از پانل هاي فوتو ولتائيک که آن هم قطعه حجيمي است، ترکيب بسيار خوبي است. ترکيب اين دو باعث مي شود الکتروليت مسي از عنصر نيمه رسانايي که جريان را جمع آوي مي کند، دور شود و اين کار باعث بسته شدن مدار و عبور جريان به صورت موثر مي شود.

هر دو پانل فوتو ولتائيک حجيم و بزرگ هستند و از يک سري حلقه تشکيل شده اند. اين حلقه ها مسيري براي انتقال الکترون ها از نوک مولکول ها (جايي که مواد شيميايي جذب کننده نور وجود دارند) تا پايين آن ها ايجاد مي کنند. مولکول ها در قسمت انتهايي خود به نيمه رسانا متصل مي شوند. اين فاصله احتمال اينکه الکترون ها از نيمه رسانا از طريق مولکول فوتو ولتائيک به جاي اصلي خود بازگردند را کاهش  مي دهد و همين موضوع باعث تقويت کارايي سيستم مي شود.

اين سيستم طوري مهندسي شده است که قسمت انتهايي مولکول ها با دي اکسيد تيتانيوم در ارتباط باشد. اينجا است که نيمه رساناها مورد استفاده قرار مي گيرند و جريان برق در فوتو ولتائيک با انرژي باند انتقال دي اکسيد تيتانيوم مطابقت پيدا مي کند.

دو ماده فوتو ولتاييک مي توانند با نسبت هاي مختلفي با يکديگر ترکيب شوند و کارشناسان ترکيب هاي متنوعي از اين ماده ها را مورد آزمايش قرار داده اند تا کارآمد ترين ماده را تشخيص دهند. آن ها در نهايت پي به وجود ترکيبي بردند که قادر است تمام طول موج ها را جذب کند؛ از 350 نانومتر گرفته تا 650 نانومتر. به دليل اينکه طيف نور مرئي بين 400 تا 700 نانومتر است، ترکيب مورد نظر بيشتر طول موج آن را دريافت مي کند.

عملکرد

عملکرد اين وسيله در فضاي باز و زماني که در معرض نور خورشيد قرار مي گيرد، چندان قابل توجه نيست و با توجه به اينکه عملکرد سلول هاي سيليکوني بيش از 20 درصد است، بعيد است که اين وسيله جديد جايگزين سلول هاي سيليکوني شوند.

اما در فضاي داخلي، عملکرد کوانتومي اين دستگاه کمي بهتر است؛ طوري که عملکرد اين دستگاه به گونه اي است که تقريبا الکترون هاي تمام فوتون هاي دريافتي را استخراج مي کند. يکي از محققان اذعان کرده است که کارايي کوانتومي اين دستگاه 90 درصد است و در عمل به 100 درصد هم مي رسد. البته مقداري اتلاف انرژي در اتصالات سيم هاي خارجي نيز وجود دارد.

بنابراين محققان اين دستگاه را در شرايطي با ميزان محدودي از فوتون ها مورد آزمايش قرار دادند. آن ها اين دستگاه را در فضاي بسته و با نور مصنوعي مورد آزمايش قرار دادند. حتي اگر نور فضاي داخلي بسيار هم شديد باشد، ميزان نور تنها به اندازه يک درصد نور خورشيد در يک روز آفتابي است. اکثر منابع نوري بر خلاف نور خورشيد، فوتون ها را در يک طيف مرئي از نور توليد مي کنند که به خوبي با ميزان حساسيت مواد فوتو ولتائيک مطابقت دارد.

کارايي اين وسيله در فضاي بسته به ميان قابل توجهي افزايش پيدا مي کند و تقريبا به 24 درصد مي رسد که تقريبا در سطح يک سلول خورشيدي است؛ بنابراين محققان عملکرد اين دستگاه را در برابر عملکرد گاليم آرسنيد مورد آزمايش قرار دادند که ماده گران قيمتي است و براي جمع آوري انرژي خورشيدي در خارج از جو زمين مورد استفاده قرار مي گيرد. برنده اين آزمايش سلول خورشيدي حساس به نور بود و ميزان کارايي گاليم آرسنيد در نور کم، به 20 درصد کاهش يافت.

محققان تخمين زده اند که با استفاده از يک سلول خورشيدي که ابعاد آن تنها چندين سانتي متر است، مي توان نيروي يک حسگر را تنها با استفاده از نور محيط تأمين کرد. پانلي به اندازه يک تلفن همراه در يک اتاق با نور زياد مي تواند در حدود 30 ميلي وات برق توليد کند؛ اگر چه اين ميزان برق، ميزان کمي است؛ اما قطعا براي تأمين نيروي برخي از وسايل اطراف ما کافي است.

منبع خبر: کلیک