حسین کعبی: وقتی فیگو را در جام جهانی زدم....
گفتگو با پروفسور پاول مک این از دانشگاه کورنل
کاربرد نانولولهها در سلولهای خورشیدی جدید
ردپای نانولولههای کربنی را بتدریج در هر جایی میبینیم. از بدنه نسل جدید فضاپیماها و سیستمهای فوق مدرن حملونقل هوایی و زیردریایی گرفته تا سیستمهای نوین محاسباتی، استفاده از نانولولههای کربنی تحول گستردهای در فناوریهای رایج ایجاد کرده است. استفاده از نانولولههای کربنی در طراحی و ساخت نسل جدید صفحات خورشیدی را میتوان به جرا‡ت یکی از جاهطلبانهترین تلاشهای علمی بشر در سالهای اخیر دانست که بتدریج به واقعیت تبدیل میشود. بتازگی گروهی از محققان در دانشگاه کورنل و با توجه به نواقص موجود در فناوری فعلی تولید صفحات خورشیدی تلاش گستردهای را برای استفاده از نانولولههای کربنی در ساختار صفحات خورشیدی آغاز کردهاند، به این امید که راندمان تولید انرژی الکتریکی در آنها به طرز قابل توجهی افزایش پیدا کند. پروفسور پاول مک این که ازجمله دانشمندان برجسته علوم فیزیک در آمریکا به شمار میآید در صدر این تلاش قرار دارد. وی در گفتگوی اخیر خود با سیب به بررسی چگونگی استفاده از فناوری نانو در تولید نسل جدید صفحات خورشیدی و مزایای آن پرداخته است.
در حال حاضر سیلیکون تنها مادهای است که از آن برای ساخت صفحات خورشیدی استفاده میشود، اما به نظر میرسد استفاده از این ماده با موانع جدی همراه است. مشکل اصلی استفاده از سیلیکون چیست؟
سیلیکون ماده ارزشمندی است که در طیف گستردهای از صنایع جنبه کاربردی پیدا کرده است. اما همانطور که گفتید استفاده از این ماده همواره با مشکلات و انتقاداتی همراه بوده است که از آن جمله میتوان بهگرانقیمت بودن آن اشاره کرد اما زمانی که صحبت از استفاده از این ماده در صنایع ساخت صفحات خورشیدی میشود، نواقص این ماده بیش از هر زمان دیگری نمایان میشود. بررسیها نشان میدهند که با استفاده از سیلیکون راندمان جذب پرتوهای خورشیدی و تولید انرژی پاک الکتریسیته از آن چندان مطلوب نخواهد بود اما استفاده از نانولولههای کربنی این مشکل را برطرف کرده است.
و این مشکل چگونه برطرف شده است؟
دقت کنید که ما فناوری نانو را که تاکنون در عرصههای گوناگونی گسترش یافته است وارد عرصهای کردهایم که میتواند تأثیر خیرهکنندهای بر وضعیت مصرف انرژی در جهان داشته باشد. ما با استفاده از این فناوری سلول خورشیدی تولید کردهایم که البته هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد اما میتوان به آن به عنوان شروعی امیدوارکننده برای آینده و دستیابی به فناوری ساخت نسل جدیدی از سلولهای خورشیدی با راندمان کاری بالاتر نگاه کرد. ما نام دیود نوری را روی آن گذاشتهایم.
مبنای کار شما در این فناوری چه چیزی بوده است؟ به عبارت دیگر به سراغ چه مادهای رفتهاید؟
این سلول خورشیدی دربرگیرنده نانولوله کربنی تک جدارهای است که از جنس گرافن بوده و در مقایسه با سایر سلولهای خورشیدی موجود از مزایای قابل توجهی برخوردار است. ما در این فناوری با ابعاد بسیار کوچکی سروکار داریم، ابعادی در حدود مولکول.DNA ما در این پروژه از تلاشهای قبلی دانشمندان در تولید ساختار ترانزیستوری الهام گرفتهایم که با استفاده از نانولولههای کربنی ارائه شده است.
چگونه به قابلیت بالای نانولولههای کربنی در جذب انرژی نور پی بردهاید؟
ما برای این کار به سراغ پرتوهای لیزری رفتیم و با تاباندن آنها بر روی این نانولوله متوجه شدیم که این ماده قابلیت خیرهکنندهای در جذب انرژی فوتونهای نوری دارد که این خود ارتباط کاملا مستقیمی با تولید حجم بالاتری از جریان الکتریکی دارد.
به نظر میرسد ایده جدید شما به ایجاد تحولی بزرگ در صنایع مختلف تبدیل خواهد شد. چه برنامهای برای توسعه آن دارید؟
صحبت کردن از استفاده تجاری از چنین فناوری هنوز خیلی زود است با این حال نسبت به آینده خیلی خوشبین شدهایم. اگر نگاهی دقیق به فناوریهای مرتبط با نانو داشته باشید متوجه میشوید که بسیاری از این فناوریها به رغم آنکه سالها از معرفیشدنشان میگذرد، هنوز در مراحل آزمایشگاهی باقی ماندهاند. بدون تردید توسعه فناوری همچون صفحات خورشیدی ساخته شده از نانولولههای کربنی نیازمند توسعه سایر فناوریهای مرتبط است و البته قبول کنید که هنوز در مراحل بسیار ابتدایی این فرآیند قرار داریم.
یکی از مهمترین موانع جدی در مسیر ساخت و توسعه استفاده از سلولهای خورشیدی، خنک نگاه داشتن آنهاست. در این خصوص چه برنامهای برای فناوری جدیدی که ارائه کردهاید، دارید؟
نکته اصلی دقیقا همین جاست که در صفحات خورشیدی از این دست تقریبا گرمای زائدی تولید نمیشود که برای خنککردن سیستم مجبور باشیم از سیستمهای خنککننده استفاده کنیم. این خود یک امتیاز قابل توجه محسوب میشود که نتیجه آن صرفهجویی قابل توجه در مصرف و هدر رفتن انرژی است.
مزیت اصلی فناوری نوینی که ارائه کردهاید در مقایسه با سلولهای خورشیدی موجود در چیست؟
مطالعات ما نشان دادهاند که در صفحات خورشیدی که با استفاده از نانولولههای کربنی تولید میشوند، حجم بیشتری از جریان الکتریکی تولید میشود. اما اکنون این پرسش مطرح میشود که چگونه؟ این فرآیند کمی پیچیده است اما به زبان ساده میتوان گفت که در نانولولههای کربنی الکترونها در جریان هستند و این امکان را دارند که الکترونهای بیشتری را تولید کنند که البته این همه صرفا به واسطه انرژی بیشتری است که از پرتوهای خورشیدی دریافت میشود.
چه موارد کاربردی را برای این نوع سلولهای خورشیدی جدید متصور شدهاید؟
استفاده از این نوع سلولهای خورشیدی هیچ محدودیتی را شامل نمیشود و جالب این است که برخلاف سلولهای خورشیدی فعلی که به دلیل برخی محدودیتها در برخی نقاط قابل استفاده نیستند، میتوان از آنها در طیف گستردهای از موارد نظیر ماشین حسابهای حساس خورشیدی نیز استفاده کرد.
در این پروژه با چه محققان، دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی در همکاری نزدیک بودهاید؟
این یک تلاش بینالمللی و همهجانبه بوده است که مزایای آن نیز برای همه خواهد بود. در این پروژه محققانی از دانشگاه آلبرتا و میشیگان نیز حضور داشتهاند. البته محققانی که در این پروژه حضور داشتهاند در زمینههای مختلفی ازجمله الکترونیک و مهندسی مواد تخصص داشتهاند.
آینده این فناوری را چگونه میبینید؟
با توجه به توسعه خیرهکننده طیف گستردهای از فناوریها، چارهای جز استفاده از ایدههایی همچون سلولهای خورشیدی تولید شده با استفاده از فناوری نانو نداریم. البته این تنها بخشی از یک تلاش بزرگ و همهگیر جهانی است.
پروفسور مک این در یک نگاه
پروفسور مک این در سال 1963 در اکلاهمای آمریکا چشم به جهان گشود. وی که به عنوان یک فیزیکدان برجسته شناخته میشود مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته فیزیک مهندسی در سال 1985 از دانشگاه اکلاهما اخذ کرد. در سال 1991 مدرک دکتری خود را در رشته فیزیک کاربردی از دانشگاه یل کسب کرده و با حضور در دانشگاه MIT مقطع پسا دکتری را سپری کرد. همچنین از سال 2001 میلادی به این سو در دانشگاه کورنل و به عنوان استاد علوم فیزیک مشغول به فعالیت است. از وی به عنوان یکی از سرشناسترین صاحبنظران در زمینه نانولولههای کربنی یاد میشود. پروفسور مک این با مراکز تحقیقاتی فیزیک آمریکا ازجمله اداره تحقیقات دریایی و جامعه فیزیک این کشور نیز همکاری نزدیکی دارد.
مهدی پیرگزی
گفت و گو
