ویروس‌ها در خدمت صفحات خورشیدی

امروزه استفاده از انرژی‌های پاک، بخصوص استفاده از نور خورشید بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به رشد جمعیت و کاهش منابع سوخت‌های فسیلی و همچنین روند روزافزون آلودگی‌های زیست‌محیطی که ازنتایج مستقیم سوخت‌های فسیلی است، استفاده از انرژی‌های پاک مانند نور خورشید در حال افزایش است تا آنجا که همه روزه شاهد فناوری‌هایی هستیم که درصددند تا بر کارایی تجهیزات و تکنولوژی‌های به کار رفته در این زمینه بیفزایند و میزان بهره‌وری را بالا ببرند. این روزها از باکتری‌ها و ویروس‌ها که تا پیش از این فقط جنبه بیماریزایی آنها شناخته شده بود، در بسیاری از حوزه‌های علم و تکنولوژی استفاده می‌شود و این جانداران کوچک و تک‌سلولی در خدمت تولید فناوری‌های جدید قرار گرفته‌اند و همه روزه ابعاد وسیع‌تری از ویژگی‌ها و فواید این موجودات میکروسکوپی شناخته می‌شود که در جای خود بسیار جالب است.

کد خبر: ۴۰۶۴۹۶

در این راستا بتازگی محققان روشی را ابداع کرده‌اند تا با استفاده از لایه نازکی از ویروس‌ها بر کارایی صفحات و سلول‌های خورشیدی بیفزایند و میزان ذخیره‌سازی و تولید انرژی را دراین سلول‌ها بالا ببرند.

به طور کلی یک سلول خورشیدی، انرژی خورشید را گرفته و ذخیره می‌کند و سپس این انرژی را به اشکال دیگر انرژی مثل نور و گرما و... تبدیل می‌کند. اما این سلول‌های خورشیدی هنوز به کارایی مورد نظر محققان نرسیده‌اند. نور خورشید به نوعی برای سلول‌ها و صفحات خورشیدی مشکل‌زاست، زیرا سبب پراکنده شدن الکترون‌هایی می‌شوند که مسوول مهارکردن نور و تولید انرژی هستند. این مشکل سبب شده است تا دانشمندان از نانولوله‌های کربن، برای افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی بهره ببرند. اما با گذشت زمان مشخص شد که استفاده از نانولوله‌ها نیز با مشکلاتی مواجه است. اول آن‌که درساخت نانولوله کربن از 2 بخش متفاوت استفاده می‌شود. یک نانولوله کربن ترکیبی از یک بخش نیمه‌رساناست که این نیمه‌رساناها گاهی جریان انرژی را عبور می‌دهند و گاهی هم عبور نمی‌دهند. بخش دیگر نانولوله‌ها استفاده از فلزات کاملا رسانایی است که براحتی جریان انرژی را از خود عبور می‌دهند.

در تحقیقات اخیر مشخص شد ترکیب این دو بخش در کنارهم در نانولوله‌ها اثرات متفاوتی دارند و سبب کاهش کارایی آنها می‌شوند. قرارگرفتن این دو بخش کنار هم گاه مشکل‌زاست به طوری که مثلا نانولوله‌های نیمه‌رسانا می‌توانند سبب بهبود عملکرد در صفحات شوند در حالی که قسمت فلزی و رسانا در نانولوله‌ها اثر عکس دارد. مشکل دیگر این که این دو بخش گرایش به دسته‌شدن و به هم چسبیدن دارند که این امرنیز از کارایی آنها خواهد کاست. این دلایل سبب شد تا محققان روش‌هایی برای افزایش کارایی نانولوله‌ها پدید آورند تا این مشکلات را برطرف کنند. به دنبال تحقیقات فراوان آنها در نهایت موفق شدند از ویروس‌ها کمک بگیرند. در این روش آنها از ویروسی به نام MI3 استفاده کردند. این ویروس به نوعی سبب عفونی‌شدن باکتری‌ها می‌شود و همچنین قادر است ترتیب و نظم را در سطح نانولوله‌ها حفظ کند.

این ویروس می‌تواند 2 بخش متفاوت را در نانولوله‌ها از هم جدا نگه‌دارد و از برخورد و تراکم آنها در کنار هم جلوگیری کند. در نهایت این ویروس با تأثیراتی که بر نانولوله‌ها دارد، می‌تواند سبب افزایش کارایی سلول‌ها و صفحات خورشیدی شود. پژوهشگران در این آزمایش از یک سلول خورشیدی به نام Dye -sensitized استفاده کردند؛ یک سلول خورشیدی ارزان‌قیمت و سبک وزن که به جای سیلیکون در آن از لایه‌های فعال دی‌اکسید تیتانیوم برای ذخیره‌سازی انرژی خورشید استفاده می‌شود. البته می‌توان از انواع دیگری از سلول‌های خورشیدی نیز بهره برد. محققان سپس درادامه ساختارهای ساخته شده از ویروس‌ها را به این صفحات اضافه کردند و توانستند میزان ذخیره‌سازی انرژی را از8 به 6/10 درصد افزایش دهند. افزودن لایه‌های نازکی از ویروس‌ها به این سلول‌ها تأثیری در وزن این صفحات ندارد و تنها یک درصد به وزن این صفحات می‌افزاید.

الکترون‌ها در یک سلول خورشیدی طی اولین مرحله در ذخیره‌سازی و تولید انرژی از هم دور شده و فاصله می‌گیرند، سپس این الکترون‌ها باید توسط یک جمع‌کننده ،جمع و متمرکز شوند. درست مانند زمانی که در میان 2 قطب یک باتری قرار می‌گیرند و تجمع می‌یابند. بعد از این مرحله الکترون‌ها دوباره از هم دور می‌شوند و به مرحله اول برمی‌گردند. می‌توان گفت عملکرد تکنولوژی جدید و تأثیر ویروس‌ها بیشتر روی مرحله دوم متمرکز است، زیرا سبب می‌شود الکترون‌ها بخوبی مسیر خود را یافته و متمرکز شوند؛ در حقیقت مسیر مستقیم‌تری را برای جریان الکترون‌ها فراهم می‌کنند و از این طریق سبب افزایش کارایی و بهبود بهره‌وری در صفحات می‌شوند. ویروس‌ها با تولید پروتئین‌هایی به نام پپتیدها می‌توانند از حرکت اجزای نانولوله‌های کربن جلوگیری کنند و سبب می‌شوند آنها درجای خود بمانند و به هم برخورد نکنند و از هم جدا بمانند تا کارایی سلول خورشیدی پایین نیاید. ویژگی دیگر ویروس‌ها در این روش آن است که آنها پوششی از دی‌اکسیدتیتانیوم را برای اجزا و عناصر صفحات خورشیدی Dye-sensitized ایجاد می کنند. در واقع با ایجاد این پوشش در سطح سلول خورشیدی در کنار نانولوله‌ها اجزایی شبیه به سیم‌هایی برای حرکت الکترون‌ها پدید می‌آورند. عملکرد دیگر این ویروس‌ها جانشینی سریع آنها به جای یکدیگر است. در واقع آنها با تغییر اسیدیته محیط خود این قابلیت را دارند تا بسرعت جانشین هم شوند. این ویژگی نیز به بهبود کارایی این ویروس‌ها و سلول خورشیدی می‌افزاید.

علاوه بر این استفاده از این ویروس‌ها سبب حل شدن نانولوله‌ها در آب می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود تا بتوان از نانولوله‌ها در فرآیندهای بر مبنای آب نیز بهره برد. همچنین این ویروس‌ها سبب شده‌اند تا به کمک آنها محققان بتوانند ارتباط بهتری بین ذرات مختلف نانوکربن برقرار کنند. بهبود ارتباط میان ذرات نانو بسیار ضروری است، زیرا سبب می‌شود ویروس‌ها بتوانند بسرعت و به نحو موثرتری الکترون‌های سطح صفحات را جمع‌آوری و متمرکز کنند.

در حال حاضر تکنولوژی صفحات خورشیدی براساس نانوتکنولوژی در بسیاری از کشورها بخصوص کشورهایی مانند ژاپن، کره و تایلند بسیار رو به گسترش و پیشرفت است و استفاده از ویروس‌ها در این روش‌ها می‌تواند به نحو چشمگیری بر بهبود کارایی این فناوری‌ها اثرگذار باشد. البته قبلا محققان از این ویروس‌ها در شیوه‌هایی متفاوت برای افزایش عملکرد باتری‌ها و مواردی دیگر استفاده کرده‌اند، ولی این اولین‌بار است که از ویروس‌ها درنانوتکنولوژی و سلول‌ها و صفحات خورشیدی استفاده می‌شود. پژوهشگران امیدوارند بزودی بتوانند ازاین فناوری در دیگر سلول‌های خورشیدی و دیگر حوزه‌های فناوری بهره ببرند.