فناوری جدید ژاپن می‌تواند بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی را به ۱۳۰ درصد برساند

گروهی از پژوهشگران ژاپنی روشی تازه برای دریافت انرژی بیشتر از نور خورشید پیدا کرده‌اند که می‌تواند به ساخت پنل‌های خورشیدی خنک‌تر، بادوام‌تر و با بهره‌وری بالاتر منجر شود. این فناوری با استفاده از یک سیستم فلزی خاص کار می‌کند و در آزمایش‌ها توانسته بازده کوانتومی تا حدود ۱۳۰ درصد داشته باشد.

دستاورد جدید محققان دانشگاه کیوشو ژاپن، بر پایه ساختاری شیمیایی‌ به نام «گسیل‌کننده اسپین‌فلیپ» بنا شده که از عنصر شیمیایی «مولیبدن» (Molybdenum با نماد MO) ساخته شده است. این ساختار قادر است انرژی زیادی را که در فرایندی موسوم به «شکافت واحد» (Singlet Fission) ایجاد می‌شود، جذب کند.

سلول‌های خورشیدی امروزی تنها بخشی از انرژی تابشی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند و بخش زیادی از انرژی به دلیل اختلاف بین انرژی فوتون‌ها و بازده نیمه‌هادی‌ها از دست می‌رود. این محدودیت که «مرز شاکلی-کویسر» (Shockley–Queisser) نام دارد، پژوهشگران را به فکر شکستن سقف بازده فعلی انداخته است.

«یوئیچی ساساکی»، استاد دانشکده مهندسی دانشگاه کیوشو، می‌گوید:

«دو رویکرد اصلی برای عبور از این محدودیت وجود دارد، یکی تبدیل فوتون‌های فروسرخ به فوتون‌های مرئی پرانرژی، و دیگری که ما روی آن کار کردیم، استفاده از فرایند شکافت واحد برای تولید دو اکسیتون از یک فوتون است.»

فرایندی نوآورانه برای جذب نور بیشتر توسط پنل خورشیدی

فرایند Singlet Fission که پژوهشگران آن را «فناوری رویایی» در تبدیل نور می‌نامند، امکان تقسیم یک تحریک پرانرژی به دو تحریک کوچک‌تر را فراهم می‌کند و در نتیجه تعداد حامل‌های انرژی قابل استفاده را دو برابر می‌کند.

اما مشکل اصلی، پیدا کردن راهی برای جذب این انرژی چندبرابرشده است، آن هم پیش از آنکه در اثر فرایندهای دیگر از بین برود. تیم دانشمندان ژاپنی با ترکیب مواد شکافت واحد با گسیل‌کننده اسپین‌فلیپ مبتنی بر مولیبدن، موفق شدند این انرژی را به انتخاب خود جذب کنند.

آزمایش‌ها با مواد مبتنی بر ترکیب شیمیایی تتراسِن (Tetracene) در حالت محلول، بازده کوانتومی بین حدود ۱۱۰ تا ۱۳۰ درصد را نشان داده؛ یعنی انرژی خروجی بیش از فوتون‌های ورودی بوده است. البته این نتایج فعلاً در سطح محلول حاصل شده و برای تبدیل به پنل خورشیدی واقعی، باید مواد جامد مناسب توسعه یابند.

در گام‌های بعدی، پژوهشگران قصد دارند این ترکیب‌ها را در سامانه‌های حالت جامد آزمایش کنند تا کارایی انتقال انرژی در شرایط نزدیک به عملکرد واقعی سلول‌های خورشیدی بررسی شود. به گفته محققان، این فناوری علاوه‌بر پنل‌های خورشیدی، می‌تواند در زمینه‌های دیگر از جمله نمایشگرها و فناوری‌های نوری مثل OLED نیز کاربرد داشته باشد.