بالا بردن کارایی ساخت و ساز برق در سلول‌های خورشیدی با استفاده از فناوری نانو

[ad_1]
در این متن، محبوبه رفیعی‌پور چیرانی، یک دانش‌آموخته دکتری علم عناصر کاربردی، در مورد ساخت و ساز نانو فیلرهایی بر پایه گرافن برای بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ صحبت می‌کند. او تاکید می‌کند که با توسعه صنعتی و تغییر سبک زندگی، نیاز به انرژی در سطح جهانی رو به افزایش است و استفاده از سوخت‌های فسیلی به تدریج ناپدید می‌شود. او توصیه می‌کند که برای جایگزین کردن سوخت‌های فسیلی با منابع منابع پاک و پاک، ترکیب‌ها و منابع موجود باید به خوبی استفاده شوند. در این مقاله، رفیعی‌پور چیرانی توضیح می‌دهد که الکترولیت‌های سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ چالش‌هایی مانند خورندگی و پایداری پائین دارند و برای مقابله با این چالش‌ها استفاده از نانوفیلرهای بر پایه گرافن و الکترولیت‌های آلی سازگار با اکوسیستم می‌تواند راه حلی مناسب باشد. او همچنین اشاره می‌کند که سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ می‌توانند در معماری و وسایل الکترونیکی و همچنین در منسوجات امنیتی استفاده شوند. این پژوهش تحت حمایت اعضای هیات علمی موسسه آموزش عالی امیرکبیر و مرکز نانوفایبر و نانوتکنولوژی دانشکده مکانیک موسسه آموزش عالی ملی سنگاپور صورت گرفته است.

به گزارش دیجیاتور به نقل از موسسه آموزش عالی امیرکبیر، محبوبه رفیعی‌پور چیرانی دانش‌آموخته مقطع دکتری رشته علم عناصر کاربردی موسسه آموزش عالی 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» گفت: با رشد سریع صنعتی شدن و تغییر سبک زندگی تقاضای جهانی برای انرژی به شکل فزاینده ای رو به افزایش است.

وی گفت: طی سال‌های متمادی سوخت‌های فسیلی مانند منابع هیدروکربن، منابع انرژی و زغال‌سنگ منابع بالقوه انرژی برای برآوردن این تقاضای جهانی انرژی محسوب می شده است.

محقق موسسه آموزش عالی صنعتی امیرکبیر خاطر نشان کرد: در صورت ادامه این روند ما در سیاره‌ای تهی از منابع فسیلی به دام خواهیم افتاد که براثر ساخت و ساز گازهای گلخانه‌ای حاصل از احتراق با دشواری‌های زیست‌محیطی گریزناپذیری روبرو خواهد بود.

رفیعی پور ادامه داد: به همین دلیل، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های امروزه‌ی بشر جایگزینی سوخت فسیلی با منابع انرژی تجدید پذیر و پاک است؛ از اینرو، برای چنین چالشی باید با بکارگیری 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 اذعان داشت که بکارگیری توان خورشیدی در فناوری فتوولتایی می‌تواند پاسخی معقول به چالش انرژی باشد.

وی افزود: پیشرفت در ساخت و ساز سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ نقطه عطفی در طراحی یک سلول خورشیدی مقرون به صرفه، سبک و سازگار با اکوسیستم ایجاد کرده است. ساخت و ساز انرژی در سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ یا به اصطلاح DSSC ها شبیه فتوسنتز است یعنی رنگ حساس‌ به نور پوشش داده شده بر روی الکترود، نور خورشید را برای تحریک الکترون‌ها جهت ساخت و ساز الکتریسیته جذب می‌کند و انتقال الکتریسیته از الکترون‌ها به الکترودها درون سلول بر عهده الکترولیت است.

وی با بیان اینکه دست یابی به ترکیب پایدار در الکترولیت با ایجاد توازن بین عملکرد فتوولتائیک و پایداری طولانی‌مدت آن یکی از گلوگاه‌های تجاری‌سازی موفقیت‌آمیز DSSC به شمار می آید گفت: ماهیت خورنده و پایداری پایین زوج ردوکس در حلال‌های آلی الکترولیت‌ها چالش مهمی را برای ساخت و ساز DSSC در مقیاس صنعتی ایجاد می کند.

وی 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 اکوسیستم هستند می تواند نشت الکترولیت را محدود و انعطاف پذیری و پایداری دستگاه را بهبود بخشد.

رفیعی پور با بیان اینکه ساخت سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ در آزمایشگاه موسسه آموزش عالی صنعتی امیرکبیر به صورت پایلوت و در اشل آزمایشگاهی انجام شده است، افزود در صورت نیازسنجی و وجود امکانات بیشتر می توان 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 اکوسیستم دارند و می توانند بازده تبدیل انرژی را بهبود بخشند.

وی با اشاره به دیگر ویژگی‌های این طرح گفت: از طرف دیگر ما موفق به سنتز مشتقاتی جدیدی از گرافن اکساید با استفاده از فلز واسطه کبالت شدیم که پیش بینی می‌شود نقش یک رودکس کمکی را در ماتریس الکترولیت ایفا کند.

محقق موسسه آموزش عالی 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 استفاده‌ی آن با توجه به ساختار الکترونی اتم های 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، انعطاف پذیری 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 امنیتی از آن استفاده شده است.

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.

گفتنی است: اساتید راهنمای این پروژه پرفسور الهه کوثری و خانم دکتر مریم یوسف زاده و استاد مشاور این طرح پرفسور حسین سالارآملی از اعضای هیات علمی موسسه آموزش عالی صنعتی امیرکبیر هستند و همچنین این طرح تحت حمایت اساتید راهنمایی از مرکز نانوفایبر و نانوتکنولوژی دانشکده مکانیک موسسه آموزش عالی ملی سنگاپور صورت پذیرفته است و نتایج این پژوهش طی مقالاتی در مجله Journal of molecular liquids به چاپ رسیده است.

[ad_2]
با توجه به تغییرات سبک زندگی جهانی و رشد سریع صنعتی شدن، تقاضای جهانی برای انرژی به شکل فزاینده ای رو به افزایش است.

سوخت‌های فسیلی مانند منابع هیدروکربن، منابع انرژی و زغال‌سنگ منابع بالقوه انرژی برای برآوردن این تقاضا محسوب می شوند.

در صورت ادامه این روند، به دلیل ساخت و ساز گازهای گلخانه‌ای و استفاده غیرافزایشی از منابع فسیلی، در معرض دشواری‌های زیست‌محیطی خواهیم بود.

یکی از چالش‌های مهم امروزه، جایگزین کردن سوخت‌های فسیلی با منابع منابع پاک و پاک است.

تابش خورشید بهترین منبع زیست‌محیطی و بزرگ‌ترین منبع موجود از انرژی پاک است و بکارگیری توان خورشیدی در فناوری فتوولتایی می‌تواند پاسخی معقول به چالش انرژی باشد.

پیشرفت در ساخت و ساز سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ می‌تواند سلول‌های خورشیدی مقرون به صرفه، سبک و سازگار با اکوسیستم را طراحی کند.

ساخت و ساز انرژی در سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ مشابه فتوسنتز است و نیاز به الکترولیت دارند.

دستیابی به ترکیب پایدار در الکترولیت می‌تواند بهبودی معناداری در کارکرد سلول‌های خورشیدی داشته باشد.

ساخت سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ در آزمایشگاه صنعتی امیرکبیر انجام شده است و در صورت نیاز وجود امکانات بیشتر، می‌توان استفاده از این مواد را به مقیاس صنعتی گسترش داد.

ساخت نسل سوم سلول‌های خورشیدی به دلیل تنوع بالا، انعطاف پذیری در ساختار و همچنین مقرون به صرفه بودن رو به رشد و پیشرفت است.

استفاده از ترکی