پنجره خورشیدی جدید، راهی تازه برای تولید برق در ساختمان‌ها

به گزارش زیست آنلاین،محققان بین‌المللی به سرپرستی کالج دانشگاهی لندن موفق به ساخت نوعی پنجره خورشیدی نیمه‌شفاف شده‌اند که توانایی تولید برق از نور خورشید و همچنین نور مصنوعی داخل ساختمان را دارد؛ دستاوردی که می‌تواند در آینده، نمای ساختمان‌ها را به منبعی برای تولید انرژی پاک تبدیل کند.

این فناوری که نتایج آن در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده، با هدف بهره‌گیری از سطح گسترده پنجره‌ها در ساختمان‌های شهری توسعه یافته است. برخلاف پنل‌های خورشیدی رایج که معمولا روی پشت‌بام نصب می‌شوند، این پنجره‌ها ضمن تولید انرژی، بخشی از نور مرئی را نیز از خود عبور می‌دهند و همچنان کارکرد معمول شیشه را حفظ می‌کنند.

بر اساس اعلام پژوهشگران، این پنجره خورشیدی قادر است حدود 30 درصد نور مرئی را عبور دهد. اگرچه این میزان از شفافیت کمتر از شیشه‌های معمولی است، اما برای استفاده در ساختمان‌های بزرگ، برج‌ها و فضاهای اداری، گزینه‌ای قابل توجه به شمار می‌رود.
راز اصلی این فناوری در استفاده از ماده‌ای به نام پروسکایت نهفته است؛ ماده‌ای که امکان تنظیم برای جذب طیف‌های مختلف نور را دارد. به همین دلیل، این پنجره می‌تواند هم از نور طبیعی خورشید و هم از نور داخلی ساختمان برای تولید برق استفاده کند؛ مزیتی که در پنل‌های خورشیدی سیلیکونی متداول کمتر دیده می‌شود.
پژوهشگران برای افزایش بازدهی و حفظ شفافیت، ساختار این سلول خورشیدی را با کمک شبیه‌سازی رایانه‌ای بهینه‌سازی کردند. در نتیجه، لایه جاذب نور با ضخامتی بسیار کم ساخته شد؛ ضخامتی در حد 185 نانومتر که به گفته محققان، حدود 500 برابر نازک‌تر از تار موی انسان است.

این گروه همچنین با استفاده از یک ترکیب مولکولی ویژه، نقص‌های ریز ساختاری در سلول را کاهش داده‌اند؛ اقدامی که به بهبود بازده تبدیل انرژی و افزایش پایداری عملکرد در طول زمان کمک می‌کند.

یکی دیگر از بخش‌های مهم این فناوری، طراحی الکترود شفاف آن است. در این ساختار، پژوهشگران از یک لایه بسیار نازک طلا میان دو لایه اکسید مولیبدن استفاده کرده‌اند تا ضمن حفظ رسانایی الکتریکی، از کاهش عبور نور جلوگیری شود. این طراحی به بهبود عملکرد کلی پنجره خورشیدی کمک کرده است.

نتایج آزمایش‌ها نیز امیدوارکننده بوده است. پژوهشگران یک نمونه 30 در 30 سانتی‌متری از این پنجره ساخته‌اند که توانسته حدود 22 درصد از انرژی نور شدید داخل ساختمان را به برق تبدیل کند. همچنین بازده تبدیل انرژی خورشیدی در این نمونه به 14 درصد رسیده که برای یک سلول نیمه‌شفاف، رقم قابل توجهی محسوب می‌شود.

در آزمون دوام نیز این فناوری عملکرد مناسبی نشان داده است. بر اساس گزارش منتشرشده، این پنجره خورشیدی پس از 300 ساعت تابش مداوم، همچنان 80 درصد از بازده اولیه خود را حفظ کرده است؛ موضوعی که می‌تواند نشانه‌ای مثبت برای کاربردهای عملی در آینده باشد.

پژوهشگران می‌گویند این فناوری فقط به تولید برق محدود نمی‌شود. از آنجا که این شیشه بخشی از تابش خورشید را جذب می‌کند، می‌تواند به کاهش گرمای ورودی به ساختمان نیز کمک کند و در نتیجه، مصرف انرژی سامانه‌های سرمایشی را کاهش دهد. این ویژگی به‌ویژه برای مناطق گرمسیر اهمیت زیادی دارد.

به گفته اعضای تیم تحقیقاتی، هدف نهایی، تولید فیلم‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر و بسیار نازکی است که بتوان آن‌ها را مانند یک لایه روی سطوح شیشه‌ای نصب کرد. در صورت دستیابی به این مرحله، استفاده از این فناوری در پنجره ساختمان‌ها، سقف شیشه‌ای خودروها و حتی برخی سطوح قابل حمل نیز امکان‌پذیر خواهد شد.

کارشناسان معتقدند در صورت تکمیل مراحل توسعه و تجاری‌سازی، پنجره‌های خورشیدی می‌توانند به یکی از راهکارهای مهم در مسیر کاهش وابستگی ساختمان‌ها به سوخت‌های فسیلی و گسترش انرژی‌های پاک تبدیل شوند./ایرنا