امکان ساخت سلول‌های خورشیدی ارزان

به طور کلی سلول‌های خورشیدی را براساس موادی که در ساخت آنها به کار می‌رود می‌توان در سه نسل طبقه‌بندی کرد. نسل اول فناوری‌های فتوولتائیک از سلول‌های کریستالی ساخته می‌شوند. پس از بیش از 20 سال تحقیق و توسعه در این زمینه، گسترش سلول‌های خورشیدی موسوم به Thin Film مورد توجه قرار گرفته است.

استفاده از این روش در مقایسه با سلول‌های خورشیدی که از ویفرهای سیلیکونی ساخته می‌شوند به میزان قابل توجهی در کاهش هزینه تولید الکتریسیته اثرگذار بوده است. نسل سوم فناوری‌های فتوولتائیک در مرحله تجاری سازی است. سلول‌های خورشیدی ارگانیک، حساس به رنگ، پلیمری و مبتنی بر کریستال‌های مایع در این گروه قرار می‌گیرند.

سلول‌های خورشیدی نسل سوم با بهره‌گیری از مواد و فناوری‌های پیشرفته امروزی ساخته می‌شوند و فناوری نانو نیز ازجمله فناوری‌هایی است که در این حوزه مورد توجه قرار گرفته است. در نسل سوم محققان به دنبال روش‌های جدید ساده و ارزان هستند که اکنون در بعضی کشورهای اروپایی به مرحله تجاری رسیده است.

حفظ تعادل میان عملکرد و هزینه

در کشور ما طرح‌های تحقیقاتی متعددی با هدف افزایش بازدهی و کاهش هزینه‌های تولید سلول‌های خورشیدی در دانشگاه‌ها و مراکز دانشگاهی اجرا شده است. بتازگی گروهی از محققان دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، طرح پژوهشی افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی نانوساختار حساس شده با نقاط کوانتومی را به عنوان راهکاری ساده و ارزان برای تجاری‌سازی سلول‌های خورشیدی به اجرا درآورده است.

دکتر محمود صمدپور، عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی خواجه نصیر و مجری این طرح تحقیقاتی در گفت‌وگو با جام‌جم درباره کاربرد نانوذرات در ساختار سلول‌های خورشیدی طراحی شده می‌گوید: این سلول‌های خورشیدی از سلول‌های نسل سوم هستند. در ساختاری که برای جذب نور به کار می‌رود از نانومواد استفاده کرده‌ایم. هدف ما این بوده است که بتوانیم در ساختارها نور بیشتری را به الکترون تبدیل کنیم تا جریان بیشتری تولید شود. وقتی از مواد نانوساختار استفاده می‌کنیم سطح موثر ماده افزایش پیدا می‌کند. با افزایش سطح، ماده جاذب نور افزایش می‌یابد. به همین دلیل در سلول‌های نسل جدید از مواد نانوساختار استفاده می‌شود.

وی درباره تفاوت نسل سوم سلول‌های خورشیدی با نسل‌های قبلی این طور توضیح می‌دهد: این سه نسل از نظر ساختاری کاملا متفاوت هستند. البته این تفاوت‌ها فقط به ساختار محدود نمی‌شود بلکه از نظر عملکرد نیز سلول‌های خورشیدی متفاوت هستند. اگرچه این سلول‌های خورشیدی نانوساختار از نظر بازدهی محدودیت دارند؛ اما باید در نظر داشت در این روش هزینه ساخت و تولید به یک‌چهارم کاهش یافته است.

در نسل‌های اول و دوم، فناوری ساخت و تولید پیچیده‌تر است. در کشور ما این فناوری‌ها بومی نشده در نتیجه هزینه تولید بالاست. در سلول‌های خورشیدی نسل سوم روش ساخت ساده تر است و بر این اساس در کشور با بهره گیری از فناوری‌های موجود قابل اجراست، اما محدودیت ما در این زمینه بازدهی پایین آنها در مقایسه با نسل‌های قبلی است که باید این محدودیت را برطرف کرد.

دکتر صمدپور درباره علت پایین بودن بازدهی سلول‌های خورشیدی نسل سوم می‌گوید: بیش از 50 سال از ساخت سلول‌های خورشیدی نسل‌های اول و دوم می‌گذرد و بسیاری از محدودیت‌هایی که در این زمینه وجود داشته برطرف شده است. طراحی و ساخت سلول‌های خورشیدی نسل سوم از سال 1997 به طور جدی آغاز شد. بازده سلول‌های خورشیدی نسل اول و دوم نیز ابتدا خیلی بالا نبود، اما اکنون بسیاری از مشکلات و محدودیت‌هایی که در زمینه ساخت این گروه از سلول‌های خورشیدی وجود دارد، برطرف شده است. در زمینه ساخت نسل سوم سلول‌های خورشیدی نیز باید این محدودیت‌ها برطرف شود.

آینده سلول‌های خورشیدی روشن نیست

یکی از مهم ترین ویژگی‌های این طرح تحقیقاتی، کاهش هزینه تولید این گروه از سلول‌های خورشیدی است. دکتر صمدپور با اشاره به این ویژگی می‌افزاید: در سلول‌های نسل سوم معمولا از رنگدانه استفاده می‌شود که رنگدانه‌های مولکول‌های آلی هستند. با توجه به این که رنگدانه‌ها ساختار پیچیده‌ای دارد باید برای خرید آنها هزینه سنگینی پرداخت شود. با توجه به اهمیت کاهش هزینه‌ها می‌توان به جای این رنگدانه‌ها از مواد نیمه‌هادی استفاده کرد که در آزمایشگاه براحتی ساخته می‌شود. این مواد نیمه‌هادی همان کار رنگدانه‌ها را انجام می‌دهد و نور را جذب می‌کند. با این تفاوت که از نظر هزینه قابل مقایسه نیست.

مجری این طرح تحقیقاتی درباره عملکرد سلول‌های خورشیدی نانوساختار این طور توضیح می‌دهد: اگرچه این روش تاحدی بازده سلول‌های خورشیدی را کاهش می‌دهد، اما اکنون مواد و روش‌هایی به عنوان جایگزین معرفی شده‌اند که می‌توانند این کاهش بازدهی را تاحد زیادی جبران کنند. باید بین میزان بازدهی سلول‌های خورشیدی و هزینه ساخت آنها تعادل ایجاد شود و به همین دلیل این نتیجه برای ما قابل قبول است.

ارتباط صنعت و دانشگاه یک ضرورت است

عضو هیات علمی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی درباره ضرورت وجود یک حلقه ارتباطی میان صنعت و دانشگاه می‌گوید: در زمینه طراحی و ساخت سلول‌های خورشیدی در سطح کشور تحقیقات خوبی انجام شده است، اما برای کاربردی کردن این تحقیقات محدودیت‌های زیادی پیش روی محققان وجود دارد. مشکل اصلی این است که هزینه اختصاص داده شده برای استفاده از سلول‌های خورشیدی به دانشگاه‌ها نمی‌رسد، بلکه این هزینه‌ها به حوزه واردات اختصاص داده می‌شود.

در یک سال گذشته سازمان انرژی‌های‌نو از گسترش کاربرد سلول‌های خورشیدی در بخش مسکونی و دولتی حمایت کرده است، اما این حمایت‌ها بیشتر به افرادی معطوف بوده است که این سیستم‌ها را در مدت زمانی کوتاه نصب می‌کنند و تحویل می‌دهند. وقتی قرار است کاری سریع انجام شود ساده‌ترین راه ممکن حمایت از واردات است. گروهی از افراد در این حوزه وارد عمل شده‌اند که می‌توانند در فاصله زمانی کوتاهی سیستم‌های فتوولتائیک را نصب و راه‌اندازی کنند. حمایت از این افراد موجب می‌شود نتیجه کار سازمان‌های حمایتی در کمترین زمان ممکن قابل مشاهده باشد.

وی با ابراز تاسف از محدودیت‌های موجود در این زمینه می‌گوید: ارتباط صنعت و دانشگاه در کشور ما برقرار نیست. از تولیدات داخلی حمایت نمی‌شود. تجاری سازی طرح‌هایی که در کشور ما ارائه می‌شود به زمان زیادی نیاز دارد؛ در حالی که ما می‌خواهیم خیلی سریع محصول نهایی را در دست داشته باشیم.

تحقیق در زمینه ساخت سلول‌های خورشیدی در کشور ما با یک تاخیر زمانی دو تا سه ساله شروع شده است. بعلاوه در این زمینه هیچ حمایتی انجام نمی‌شود. یکی دیگر از مشکلاتی که در حوزه دانشگاه وجود دارد این است که حمایت دانشگاهی به سمت متخصصان نمی‌رود. بلکه این حمایت‌ها نصیب افرادی می‌شود که از نفوذ بیشتری برخوردارند. نسل جوان از هفت سال پیش در این زمینه کار کرده است، در حالی که شانس این افراد برای برخورداری از حمایت‌های مالی بسیار اندک است. بسیاری از افرادی که پیش از این در زمینه سلول‌های خورشیدی فعالیت نمی‌کردند به محض اطلاع از اختصاص بودجه به این حوزه تصمیم می‌گیرند در این زمینه تحقیق کنند. این افراد برای تحقیق و مطالعه در این زمینه بودجه می‌گیرند و در نهایت هم این طرح‌ها به پروژه‌های دانشجویی محدود می‌شود و هیچ نتیجه‌ای به همراه نخواهد داشت.

سلول‌های خورشیدی به حمایت دولت نیاز داد

در سطح دنیا استفاده از سلول‌های خورشیدی به عنوان روشی مناسب برای بهره‌گیری از منبع تجدیدپذیر انرژی خورشیدی مورد توجه قرار گرفته و توسعه آن از پیشرفت قابل توجهی برخوردار بوده است. متاسفانه در کشور ما با وجود تحقیقات متعددی که در این زمینه انجام می‌شود، استفاده از سلول‌های خورشیدی در تامین بخشی از انرژی موردنیاز ساختمان‌های مسکونی و تجاری آن طور که باید کاربردی نشده است.

دکتر صمدپور درباره آینده سلول‌های خورشیدی در ایران معتقد است با توجه به شواهد موجود نباید منتظر وقوع تغییرات قابل توجهی در این زمینه باشیم. وی تاکید می‌کند: اگرچه ممکن است با توجه به حمایت‌های انجام شده در َآینده استفاده از سلول‌های خورشیدی بیشتر مورد توجه قرار گیرد، اما هنوز هم هزینه‌ای که دولت برای استفاده از سلول‌های خورشیدی به عنوان هزینه حمایتی اختصاص می‌دهد خیلی زیاد نیست. طبیعی است تا وقتی این شرایط وجود داشته باشد استفاده از این فناوری محدود است.

فرانک فراهانی‌جم‌‌

دانش