یک بیانیه مطبوعاتی نشان می دهد که محققان دانشگاه استنفورد در حال توسعه یک ماده جدید کارآمد پنل خورشیدی هستند که پانزده برابر نازکتر از کاغذ است .
این مواد که با استفاده از دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه (TMDs) ساخته شده‌اند، پتانسیل جذب سطح بالاتری از نور خورشید را نسبت به سایر مواد خورشیدی دارند و در عین حال جایگزینی فوق‌العاده سبک برای پانل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون ارائه می‌کنند.
جستجو برای جایگزین های سیلیکون
محققان بخشی از یک تلاش هماهنگ در جامعه علمی برای یافتن مواد پنل خورشیدی، جایگزین برای سیلیکون هستند.
سیلیکون متداول ترین ماده ای است که برای پنل های خورشیدی استفاده می شود، اما سنگین و سفت است، به همین دلیل برای مواردی که نیاز به وزن پایینی داشته باشد مانند موارد مورد نیاز برای هواپیما، فضاپیما، وسایل نقلیه الکتریکی یا حتی پوشیدنی ها مناسب نیست.
تیم محققان در استنفورد توانستند یک آرایه فعال با ضخامت تنها چند صد نانومتر ایجاد کنند. آنها یافته های جدید خود را در مقاله ای منتشر کردند که در Nature Communications منتشر شد. آرایه جدید شامل TMD و همچنین کنتاکت‌هایی از طلا است که در لایه‌ای از گرافن رسانا قرار گرفته‌اند که تنها یک اتم ضخامت دارد. سپس همه آن در داخل یک پلیمر انعطاف پذیر و ضد انعکاس قرار می گیرد که جذب نور را بهبود می بخشد. سلول های TMD کمتر از شش میکرون ضخامت دارند.
کوشا نصیری نظیف، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «پهپاد خودگردانی را تصور کنید که با یک آرایه خورشیدی در بالای بال خود که 15 برابر نازکتر از یک تکه کاغذ است، به خود نیرو می‌دهد. “این امان توسط سلول های TMD امکان پذیر است.”
آزادسازی پتانسیل TMD ها
محققان تاکنون تلاش کرده اند تا پتانسیل TMD ها را به طور کامل آزاد کنند. هنگام ساخت و حمل مواد فوق العاده سبک وزن بدون آسیب رساندن به آن، موانعی وجود دارد.
با این حال، مسئله اصلی این است که پنل های خورشیدی سیلیکونی در حال حاضر تقریباً 30 درصد از نور خورشید را به برق تبدیل می کنند، در حالی که TMD ها تنها حدود 2 درصد را تبدیل می کنند.
اگرچه TMD ها پتانسیل زیادی برای فعال کردن طیف گسترده ای از کاربردهای خورشیدی دارند، محققان باید کارایی آنها را تا حد زیادی بهبود بخشند.
ماده جدید استنفورد با دستیابی به راندمان تبدیل توان 5.1 درصدی، تا حدودی این شکاف را پر می کند. نکته مهم در مقاله جدید محققان این است که آنها معتقدند می توانند مواد خود را برای رسیدن به بازده 27 درصد بهینه سازی کنند، به این معنی که با بهترین پنل های خورشیدی موجود در بازار امروز قابل مقایسه خواهد بود. نسبت قدرت به وزن این ماده اولیه نیز 100 برابر بیشتر از TMDهایی است که تاکنون ساخته شده است.
کریشنا ساراسوات، نویسنده ارشد این مقاله گفت: “سیلیکون 95 درصد از بازار خورشیدی امروز را تشکیل می دهد، اما هنوز کامل نیست. ما به مواد جدیدی نیاز داریم که سبک، قابل خم شدن و صادقانه بگویم، دوستدار محیط زیست باشند .”
TMD ها فاقد مواد شیمیایی سمی هستند و همچنین سازگار با محیط زیست هستند، به این معنی که می توانند برای پوشیدنی هایی که با پوست انسان در تماس هستند استفاده شوند.
با این حال، بزرگترین مزیت آنها این واقعیت است که آنها فوق العاده نازک و منعطف هستند و در عین حال ارزان تر هستند و همچنین قابل قالب گیری برای اشکال نامنظم هستند.
برای وسایل نقلیه الکتریکی، این ماده جدید می تواند بسیار سود مند باشد. چنین ماده سبک وزنی می‌تواند توسعه وسایل نقلیه الکتریکی خورشیدی (SEV) مانند Lightyear One را که به لطف پنل‌های خورشیدی خود ماه‌ها بدون اتصال به شارژر کار می کند را تا حد زیادی افزایش دهد .
این ماده می تواند برای شارژ هر تعداد از اشیا، از جمله پوشیدنی های کوچک، روبات ها، هواپیماها و فضاپیماها استفاده شود.
