پنجره خورشیدی جدید برای تولید برق از نور خورشید و داخل ساختمان

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، به نقل از وبگاه تِک‌اِکسپلور، محققان بین‌المللی نوعی شیشه خورشیدی ساخته‌اند که نه تنها از نور خورشید، بلکه از نور داخل ساختمان نیز برق تولید می‌کند. این پنجره نیمه‌شفاف با ضخامتی ۵۰۰ برابر نازک‌تر از تار موی انسان، ضمن عبوردادن ۳۰ درصد نور مرئی، بازدهی بالایی دارد و می‌تواند آینده تأمین انرژی ساختمان‌ها را دگرگون کند.

گروهی از پژوهشگران بین‌المللی به سرپرستی کالج دانشگاهی انگلیس موفق به ساخت نوعی پنجره خورشیدی نیمه‌شفاف شده‌اند که می‌تواند هم‌زمان از نور خورشید و نور مصنوعی داخل ساختمان، انرژی پاک تولید کند.

این فناوری که در مجله معتبر مواد پیشرفته انرژی/ Advanced Energy Materials معرفی شده، راه را برای استفاده از سطح عظیم پنجره‌های ساختمان‌های امروزی به‌عنوان یک منبع انرژی دست‌نخورده هموار می‌کند.

برخلاف صفحات خورشیدی معمولی که فقط روی پشت‌بام نصب می‌شوند و نور را کاملاً مسدود می‌کنند، این پنجره‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که ضمن تولید برق، ۳۰ درصد از نور مرئی را از خود عبور دهند.

 برای مقایسه، شیشه‌های معمولی بین ۸۰ تا ۹۰ درصد نور را راه می‌دهند. این ویژگی، آنها را به گزینه‌ای مطلوب برای جایگزینی با شیشه‌های رایج در ساختمان‌های بزرگ و آسمان‌خراش‌ها تبدیل کرده است.

تفاوت اساسی این فناوری با صفحات سیلیکونی قدیمی در استفاده از ماده‌ای به نام پروسکایت است.

این ماده قابلیت تنظیم‌شدن برای جذب طیف‌های مختلف نور را دارد؛ به همین دلیل هم از نور خورشید بهره می‌برد و هم از نور داخلی که طول موج متفاوتی دارد. در حالی که صفحات سیلیکونی معمولاً فقط برای نور خورشید طراحی شده‌اند و در برابر نور مصنوعی عملکرد ضعیفی دارند.

پژوهشگران با کمک شبیه‌سازی رایانه‌ای، بهترین ضخامت و چیدمان لایه‌ها را محاسبه کردند تا هم شفافیت حفظ شود و هم بازدهی بالا رود.

در نهایت، لایه جاذب نور را با ضخامت تنها ۱۸۵ نانومتر (حدود ۵۰۰ برابر نازک‌تر از یک تار موی انسان) ساختند که یک‌چهارم ضخامت نمونه‌های معمولی است. همچنین با افزودن یک مولکول خاص، نقص‌های ریز ساختاری که باعث گیرکردن الکترون‌ها و هدررفت انرژی می‌شوند را برطرف کردند.

این مولکول علاوه بر افزایش بازدهی، به پایدارترشدن ساختار کریستالی پروسکایت و جلوگیری از افت عملکرد در طول زمان کمک کرده است.

یکی از چالش‌های همیشگی در سلول‌های خورشیدی، الکترود (بخش رسانایی که برق را از سلول خارج می‌کند) است که معمولاً از طلا ساخته می‌شود و مانع عبور نور می‌گردد؛ اما این گروه پژوهشی با قراردادن یک لایه نازک طلا میان دو لایه از ماده شفاف اکسید مولیبدن، الکترودی ساختند که هم رسانایی بالایی دارد و هم با کاهش بازتابش، نور را به‌خوبی از خود عبور می‌دهد.

پژوهشگران یک صفحه آزمایشی به ابعاد ۳۰ در ۳۰ سانتی‌متر از این پنجره خورشیدی ساختند و نتایج چشمگیری به‌دست آوردند. این سلول‌ها می‌توانند ۲۲ درصد از انرژی نور شدید داخل ساختمان، معادل ۱۰۰۰ لوکس (واحد اندازه‌گیری روشنایی)، یعنی روشنایی یک محیط اداری پرنور، را به برق تبدیل کنند.

همچنین بازده تبدیل انرژی خورشید به ۱۴ درصد رسید که برای یک سلول نیمه‌شفاف، رکورد محسوب می‌شود. در آزمون استاندارد دوام، پس از ۳۰۰ ساعت تابش مداوم نور، همچنان ۸۰ درصد از بازده اولیه خود را حفظ کردند که نشان از مقاومت بالای این فناوری دارد.

به گفته سیمینگ هوانگ، محقق ارشد این طرح، این فناوری علاوه بر تولید برق، مانند شیشه‌های دودی عمل می‌کند و بخشی از نور خورشید را می‌گیرد.

این کار به خنک‌ترماندن ساختمان کمک می‌کند و مصرف انرژی سامانه‌های تهویه را کاهش می‌دهد. این ویژگی برای مناطق گرمسیر که بخش بزرگی از برق خود را صرف کولر می‌کنند، بسیار حیاتی است.

مجتبی عبدی جالبی، از پژوهشگران ارشد این طرح در کالج دانشگاهی لندن، در پایان تأکید کرد: هدف بلندمدت ما، تولید فیلم‌های انعطاف‌پذیر خورشیدی است که مانند یک برچسب نازک روی هر سطح شیشه‌ای، سطوح منحنی مانند پنجره برج‌های بلند، شیشه سقف خودرو‌ها و حتی سطوح غیرصلب مانند لباس و کوله‌پشتی نصب شوند.

به این ترتیب، بدون نیاز به تغییرات اساسی در ساختمان یا خودرو، می‌توان از همه سطوح شفاف برای تولید برق پاک استفاده کرد.

وی افزود: گام بعدی ما، ساخت سلول‌های خورشیدی در ابعاد بزرگ‌تر و همچنین توسعه نمونه‌های انعطاف‌پذیر است. با بلوغ این فناوری، روزی می‌رسد که نصب یک پنجره خورشیدی به‌سادگی چسباندن یک برچسب روی شیشه خواهد بود؛ تحولی که می‌تواند سهم چشمگیری در تأمین انرژی پاک و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی داشته باشد.