انقلابی در انرژی خورشیدی

این آزمایشگاه متعلق به شرکت آکسفورد PV، شاخه‌ای از دانشگاه آکسفورد، در کنار دیگر استارتاپ‌های جهانی در حال توسعه نسل بعدی انرژی خورشیدی است: سلول‌های خورشیدی ترکیبی پروسکایت. اما آیا این «ماده شگفت‌انگیز» واقعا می‌تواند انقلابی در انرژی خورشیدی ایجاد کند، یا چالش‌هایی که با آن روبه‌روست مانع موفقیتش در دنیای واقعی خواهد شد؟
 
پروسکایت چیست و چرا مهم است؟
پروسکایت، ماده‌ای معدنی که اولین‌بار سال ۱۸۳۹ در کوه‌های اورال کشف شد، امروز به مواد مصنوعی با ساختار کریستالی مشابه اشاره دارد. این مواد از عناصری مانند برم، کلر، سرب و قلع ساخته می‌شوند که همگی در دسترس هستند. برخلاف پنل‌های سیلیکونی که بازار انرژی خورشیدی را در اختیار دارند و کارایی‌شان به حداکثر ۳۳ درصد محدود است، سلول‌های ترکیبی پروسکایت سیلیکون می‌توانند تا ۴۷درصد از نور خورشید را به برق تبدیل کنند. این افزایش کارایی، به معنای تولید انرژی بیشتر با هزینه کمتر است که می‌تواند هزینه برق را تا ۱۰درصد کاهش دهد.
مزیت اصلی پروسکایت در توانایی آن برای تبدیل بخش گسترده‌تری از طیف نور به انرژی نهفته است که به‌دلیل تحرک بالای الکترون‌ها در ساختار آن ممکن می‌شود.این ماده می‌تواند به‌تنهایی یا در ترکیب باسیلیکون استفاده شود.سلول‌های پروسکایتی به‌دلیل نازک‌بودن، قابلیت اسپری‌شدن روی سطوحی مثل پنجره‌ها را دارند و برخی شرکت‌ها درحال آزمایش این فناوری هستند.
 
انقلاب خورشیدی در راه است؟
انرژی خورشیدی اکنون نزدیک به ۷درصد از تولید برق جهانی را تشکیل می‌دهد و در سال ۲۰۲۴ با رشد ۲۹درصدی، پس از انرژی بادی، دومین منبع ارزان برق جدید در جهان است. تحلیل سال ۲۰۲۳ نشان می‌دهد که فناوری خورشیدی به نقطه عطفی رسیده که حتی بدون سیاست‌های اقلیمی جدید می‌تواند بازار برق جهانی را تسخیر کند. اما پنل‌های سیلیکونی سنتی محدودیت‌هایی دارند. کارایی آنها معمولا بین ۲۱ تا ۲۳درصد است و افزایش بیشتر آن دشوار به نظر می‌رسد.
سلول‌های ترکیبی پروسکایت سیلیکون این محدودیت رامی‌شکنند. آکسفورد در سال ۲۰۲۴ رکوردجدیدی برای کارایی ماژول خورشیدی دراندازه خانگی ثبت‌کرد:۲۶.۹درصد.شرکت‌های‌دیگر،مانند ترایناسولار چین،حتی‌کارایی۳۱.۱درصدرادر آزمایشگاه گزارش کرده‌اند. این پیشرفت‌ها نویدبخش کاهش هزینه‌ها و افزایش تولید انرژی در مزارع خورشیدی و پشت‌بام‌هاست.
 
دوام و نگرانی‌های زیست‌محیطی
با وجود هیجان حول پروسکایت، این فناوری بی‌نقص نیست. یکی از نگرانی‌های اصلی، حساسیت آن به رطوبت و گرماست که می‌تواند باعث تخریب سریع‌تر پنل‌ها نسبت به سیلیکون شود. جوزف بری، محقق آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر آمریکا می‌گوید: «تولیدکنندگان سیلیکون می‌تواننددوام ۳۰ساله راتضمین کنند،چون داده‌های میدانی ۳۰ساله دارند. اما برای پروسکایت، اثبات دوام ۳۰ساله یک سوال دشوار علمی است.»
برای رفع این مشکل، آکسفورد آزمایش‌های «پیری تسریع‌شده» را در اتاق‌های محیطی انجام می‌دهد که در آنها سلول‌ها در معرض گرما، رطوبت و چرخه‌های دمایی شدید قرار می‌گیرند تا دوام‌شان در چند هفته شبیه‌سازی شود.
لورا میرندا، مدیر پایداری آکسفورد می‌گوید این آزمایش‌ها به درک چگونگی تخریب سلول‌ها در شرایط واقعی کمک می‌کند.
نگرانی دیگر، استفاده از سرب، ماده‌ای سمی  در پروسکایت است. اگرچه مقدار سرب در این پنل‌ها ناچیز است و کمتر از مقدار موجود در زغال‌سنگ برای تولید انرژی مشابه، بازیافت مناسب پنل‌ها برای جلوگیری از اثرات زیست‌محیطی ضروری به نظر می‌رسد. آکسفورد تأکید دارد پنل‌هایش مانند پنل‌های سیلیکونی قابل بازیافتند و صنعت خورشیدی در حال توسعه روش‌های بازیافت بهتری است.
 
کاربردهای نوآورانه؛ از خودروها تا فضا
علاوه برمزارع خورشیدی و پشت‌بام‌ها،پروسکایت کاربردهای نوآورانه‌ای دارد.به‌دلیل کارایی بالا،این فناوری برای خودروهای برقی و فضاپیماها مناسب است.اسکات گریبیل،مدیرعامل شرکت کایلاکس می‌گوید پنل‌های پروسکایت می‌توانندبرای خودروهای برقی شارژ اضطراری فراهم کنند: «نمی‌توانید خودرو را فقط با انرژی خورشیدی حرکت دهید، اما برای افزایش برد باتری عالی است.» آکسفورد نیز درحال مذاکره با شرکت‌های خودروسازی برای استفاده از پنل‌ روی خودروهای برقی است.
در حوزه فضا، پروسکایت می‌تواند جایگزین پنل‌های گران‌قیمت گالیوم آرسنید در ماهواره‌ها شود. این پنل‌ها در برابر دماهای بالا و تشعشعات فضایی مقاوم‌ هستند و هزینه کمتری دارند، که برای ماهواره‌های ارزان‌تر امروزی ایده‌آل به نظر می‌رسد.
 
رقابت جهانی و آینده پروسکایت
چین، بزرگ‌ترین بازار خورشیدی جهان، در این رقابت پیشتاز است. شرکت‌هایی مانند لونگی و ترایناسولار کارایی‌های بالایی (تا ۳۳.۹درصد برای یک سلول) گزارش کرده‌اند. در آمریکا، کایلاکس و سوئیفت سولار در حال توسعه فناوری‌های مشابه هستند. سوئیفت سولار اخیرا با شرکت امریکن تاور برای نصب پنل‌های پروسکایت روی ۴۲هزار برج مخابراتی همکاری کرده است.آکسفورد نیزتولیدخود رادرآلمان آغازکرده واولین محموله تجاری خود(صدکیلووات، کافی برای ۱۴خانوار آمریکایی) را به یک مزرعه خورشیدی در آمریکا فرستاده است.
 
آیا پروسکایت آینده را فتح می‌کند؟
دیوید وارد، مدیرعامل آکسفورد معتقد است شک و تردیدهای اولیه درباره سلول‌های ترکیبی در حال محوشدن است. او می‌گوید: «ترکیب دو سلول برای جذب نور بیشتر قبلا شناخته شده بود، اما هزینه‌های بالایی در بر داشت. پروسکایت این مشکل را حل کرده است.» بااین‌حال، جوزف بری تأکید می‌کند که موفقیت نهایی به عملکرداین پنل‌ها دردنیای واقعی بستگی دارد: «فکرکردن به دوام کافی نیست؛ باید آن را در میدان نشان داد.»
با افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها، پروسکایت می‌تواند انرژی خورشیدی را به سطح جدیدی برساند. از پشت‌بام‌ها و خودروها تا ماهواره‌ها، این فناوری ظرفیت تغییر بازی را دارد. اما برای تحقق این انقلاب، باید دوام و پایداری آن در برابر چالش‌های محیطی اثبات شود. آیا پروسکایت واقعا «ماده شگفت‌انگیز» وعده‌داده‌شده است؟ پاسخ در چند سال آینده مشخص خواهد شد.