محققان می‌خواهند سلول خورشیدی کاملاً چوبی و پایدار بسازند

یکی از رایج‌ترین مواد آلی طبیعت، لیگنین، می‌تواند برای ایجاد سلول خورشیدی آلی پایدار و سازگار با محیط زیست استفاده شود. در همین راستا محققان دانشگاه لینکوپینگ و مؤسسه سلطنتی فناوری (KTH) نشان داده‌اند که لیگنین تصفیه‌نشده می‌تواند برای ساخت سلول‌های خورشیدی سازگارتر با محیط‌زیست استفاده شود.

نور خورشید درحال‌حاضر یکی از اصلی‌ترین منابع انرژی پایدار به حساب می‌آید. سلول‌های خورشیدی سنتی که از سیلیکون ساخته می‌شوند، کارآمد هستند، اما فرآیند ساخت پیچیده و پرانرژی دارند که ممکن است منجر به نشت مواد شیمیایی خطرناک شود.

سلول‌های خورشیدی ارگانیک به‌دلیل هزینه تولید پایین، وزن سبک و انعطاف‌پذیری، به یک منطقه تحقیقاتی داغ تبدیل شده‌اند. از این رو کاربردهای زیادی دارند؛ مانند استفاده در داخل خانه یا تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی شخصی.

یکی مشکلات سلول‌های خورشیدی آلی این است که از پلاستیک یا پلیمرهای مشتق‌شده‌ از نفت ساخته شده‌اند. بنابراین، اگرچه ارگانیک هستند، اما آنطور که می‌توانستند سازگار با محیط‌زیست نیستند.

سلول خورشیدی آلی که محققان دانشگاه لینکوپینگ و KTH ساخته‌اند، بخشی از لایه انتقال الکترون متصل به کاتد در سلول خورشیدی از پلیمر لیگنین ساخته‌ شده‌ است. این پلیمر مستقیماً از خمیر چوب تهیه می‌شود.

سلول خورشیدی کاملاً چوبی

اگرچه درحال‌حاضر تنها بخش کوچکی از سلول خورشیدی از لیگنین ساخته‌ شده‌ است، اما هدف بلندمدت ساخت یک سلول خورشیدی کاملاً چوبی است.

«متس فهلمن»، استاد آزمایشگاه ارگانیک دانشگاه لینکوپینگ، می‌گوید: «ما می‌خواهیم سلول‌های خورشیدی کارآمد، قابل اعتماد، ارزان و سازگار با محیط‌زیست بسازیم. این مطالعه ما را قادر می‌سازد تا نشان دهیم که این امر امکان‌پذیر است و اولین گام به‌سوی جایگزینی مواد مبتنی‌ بر نفت امروزی با مواد مبتنی‌بر چوب است.»

محققان لینکوپینگ در مطالعه اخیر خود از یک نسخه خام لیگنین، به‌نام لیگنین کرافت استفاده کردند. لینگین کرافت مستقیماً از چوب در فرآیند تولید کاغذ استخراج می‌شود. سپس به‌همراه KTH تجزیه‌وتحلیل کردند که کدام ترکیب مولکولی لیگنین برای این هدف مناسب‌تر است.

«کیلون ژانگ»، مهندس تحقیقاتی اصلی پژوهش، می‌گوید: «ما یک ماده یا کامپوزیت از لیگنین کرافت ایجاد کرده‌ایم که لایه واسط کاتد را تشکیل می‌دهد. معلوم شد که این باعث پایداری سلول خورشیدی می‌شود. مزیت لیگنین کرافت این است که توانایی ایجاد پیوندهای هیدروژنی زیادی را دارد، که به تثبیت سلول خورشیدی کمک می‌کند.»

سلول‌های خورشیدی آلی درحال حاضر برای کاربردهای داخلی مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها همچنین می‌توانند جایگزین باتری‌ها در حسگرها و دستگاه‌های کم مصرف مشابه شوند. به گفته‌ فهلمن، این اولین قدم برای ورود به‌ بازار سلول‌های خورشیدی آلی است‌‌‌. سپس می‌توان این فناوری را برای کاربردهای بزرگتر مانند تامین انرژی خالص افزایش داد و ساخت کل آنها از مواد چوبی، سلول خورشیدی را دوست‌دار محیط زیست می‌کند.

فهلمن می‌گوید: «سلول های خورشیدی ارگانیک هرگز کارآمدترین نخواهند بود. اما مزیت آنها این است که آسیب‌زا نیستند و پایدار و ارزانند. همچنین اگر بازدهی 15% تا 20% داشته باشند، برای اکثر کاربردها بیش از اندازه کافی است.»