پس از شش سال توسعه، خودروی برقی خورشیدی این استارتاپ فناوری هلندی با نام «0» آماده‌ی رونمایی است. این خودروی نوآورانه می‌تواند ماه‌ها بدون نیاز به شارژ مجدد حرکت کند و استاندارد جدیدی را برای بهره‌وری در حمل‌ونقل الکتریکی تعیین کند. 

محققان دانشگاه لیهای (Lehigh University) یک ماده کوانتومی جدید توسعه داده‌اند. این ماده نوآورانه که ترکیبی از مس، سلنید ژرمانیوم (GeSe) و سولفید قلع (SnS) است، راندمان کوانتومی خارجی (EQE) تا ۱۹۰٪ را نشان داده است. این عدد از محدودیت‌های راندمان مرسوم فراتر می‌رود و نشان‌دهنده‌ی پیشرفتی است که می‌تواند برداشت انرژی خورشیدی را متحول کند.

درک پیشرفت در بهره‌وری

سلول‌های خورشیدی نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند و اثربخشی آنها توسط EQE سنجیده می‌شود که به طور سنتی حداکثر ۱۰۰٪ است. این راندمان ۱۰۰٪ به این معنی است که هر فوتون نور یک الکترون الکتریسیته تولید می‌کند. با این حال، ماده جدیدی که در Lehigh توسعه یافته است از مکانیسمی به نام تولید اکسایتون چندگانه (MEG) استفاده می‌کند، که در آن فوتون‌های پرانرژی می‌توانند بیش از یک الکترون تولید کنند و در نتیجه راندمان را فراتر از مرز ۱۰۰٪ افزایش می‌دهند.

آنچه این ماده را متمایز می‌کند، استفاده از «حالت‌های باند میانی» است - سطوح انرژی خاصی در درون ماده که توانایی آن را در تبدیل انرژی خورشیدی افزایش می‌دهد. این سطوح انرژی در موقعیت ایده‌آلی برای بهره‌برداری از فوتون‌هایی قرار دارند که سلول‌های خورشیدی معمولی آنها را هدر می‌دهند. این ماده با جذب نور اضافی در طیف‌های مادون قرمز و مرئی، به طیف وسیع‌تری از طیف خورشیدی دسترسی پیدا می‌کند و در نتیجه تولید برق را افزایش می‌دهد.

علم پشت نوآوری

 
شماتیک سلول خورشیدی لایه نازک با CuxGeSe/SnS به عنوان لایه فعال. منبع: آزمایشگاه Ekuma / دانشگاه Lehigh

عملکرد چشمگیر این ماده ریشه در دستکاری ساختاری دقیق در سطح مولکولی دارد. محققان با قرار دادن اتم‌های مس در لایه‌های GeSe و SnS، یک ساختار دوبعدی کاملاً مقید ایجاد کرده‌اند که امکان برهمکنش‌های فوتونی منحصر به فرد با ماده را فراهم می‌کند. این برهمکنش‌ها در شکاف‌های واندروالسی - فضاهای بسیار کوچکی بین لایه‌های ماده که اتم‌های مس در آن قرار دارند - رخ می‌دهند.

این تیم از طریق شبیه‌سازی‌های گسترده کامپیوتری و روش‌های تجربی، تکنیکی را بهبود بخشیده است که امکان قرارگیری دقیق اتم‌های مس را فراهم می‌کند و اثرات ناخواسته‌ای مانند خوشه‌بندی را که می‌تواند عملکرد ماده را به خطر بیندازد، به حداقل می‌رساند.

نگاه به آینده: چالش ها و فرصت ها

توسعه یک ماده کوانتومی جدید با راندمان کوانتومی تا ۱۹۰٪ توسط محققان دانشگاه لیهای می‌تواند حمل و نقل خورشیدی، از جمله خودروها، کامیون‌ها و اتوبوس‌ها را به طور قابل توجهی پیشرفت دهد.

این ماده‌ی پیشرفته که قادر به جذب مؤثر طیف وسیعی از نور خورشید است، با فراهم کردن انرژی کافی برای سفرهای سنگین‌تر و طولانی‌مدت بدون وابستگی به سوخت‌های فسیلی، محدودیت‌های فعلی وسایل نقلیه‌ی خورشیدی را برطرف می‌کند.

ادغام این سلول‌های خورشیدی با راندمان بالا در طراحی وسایل نقلیه، امکان کاهش چشمگیر انتشار کربن را فراهم می‌کند، به ویژه در وسایل نقلیه سنگین مانند اتوبوس‌ها و کامیون‌ها، که در آنها هزینه‌های سوخت و اثرات زیست‌محیطی نگرانی‌های مهمی هستند.

با توسعه بیشتر این سلول‌های خورشیدی پیشرفته برای استفاده عملی، می‌توانند پویایی اقتصادی و زیست‌محیطی را در سطح جهان متحول کنند. کاهش هزینه‌های عملیاتی وسایل نقلیه و انتشار کربن می‌تواند منجر به صرفه‌جویی مالی قابل توجه و بهبود سلامت عمومی از طریق هوای پاک‌تر شود.

علاوه بر این، تغییر به سمت وسایل نقلیه خورشیدی، وابستگی جهانی به نفت را کاهش می‌دهد، ثبات ژئوپلیتیکی را افزایش می‌دهد و ایجاد شغل در بخش‌های انرژی تجدیدپذیر را ارتقا می‌دهد. این تغییر، گامی حیاتی به سوی حمل و نقل پایدار جهانی است که با اهداف زیست‌محیطی گسترده‌تر همسو بوده و راه را برای آینده‌ای پاک‌تر و پایدارتر هموار می‌کند.

اگرچه نتایج امیدوارکننده هستند، اما مسیری پیش رو تا تجاری‌سازی این ماده وجود دارد. ادغام این ماده کوانتومی جدید در سیستم‌های انرژی خورشیدی موجود نیاز به تحقیق و توسعه بیشتر دارد. اگرچه این ماده پیشرفته است، اما فرآیند تولید آن باید برای کاربرد عملی در صنعت انرژی خورشیدی، مقیاس‌پذیر شود.

مزایای بالقوه این فناوری بسیار گسترده است. با افزایش قابل توجه راندمان سلول‌های خورشیدی، می‌توانیم گام‌هایی به سوی راه‌حل‌های انرژی پایدارتر برداریم، وابستگی خود را به سوخت‌های فسیلی کاهش دهیم و اثرات زیست‌محیطی تولید انرژی را کم کنیم.

کار پروفسور چیندو اکوما و تیمش در دانشگاه لیهای، جهشی چشمگیر در زمینه فتوولتائیک محسوب می‌شود. توسعه آنها محدودیت‌های موجود را به چالش می‌کشد و راه‌های جدیدی را برای آینده انرژی‌های تجدیدپذیر باز می‌کند. با پیشرفت این فناوری، می‌تواند به سیستم‌های انرژی خورشیدی مقرون‌به‌صرفه‌تر و کارآمدتر منجر شود و انرژی خورشیدی را در سراسر جهان در دسترس‌تر کرده و به تأمین نیازهای جهانی انرژی کمک کند.

درباره نویسنده

رابرت جینگز رابرت، یکی از ناشران InnerSelf.com است، پلتفرمی که به توانمندسازی افراد و ایجاد جهانی متصل‌تر و عادلانه‌تر اختصاص دارد. رابرت، که از کهنه‌سربازان نیروی دریایی ایالات متحده و ارتش ایالات متحده است، از تجربیات متنوع زندگی خود، از کار در املاک و مستغلات و ساخت و ساز گرفته تا ساخت InnerSelf.com به همراه همسرش، ماری تی. راسل، بهره می‌برد تا دیدگاهی عملی و مبتنی بر واقعیت به چالش‌های زندگی ارائه دهد. InnerSelf.com که در سال ۱۹۹۶ تأسیس شد، بینش‌هایی را به اشتراک می‌گذارد تا به مردم کمک کند انتخاب‌های آگاهانه و معناداری برای خود و سیاره زمین داشته باشند. بیش از ۳۰ سال بعد، InnerSelf همچنان الهام‌بخش شفافیت و توانمندسازی است.

 کریتیو کامنز ۳.۰

این مقاله تحت مجوز Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 منتشر شده است. به نویسنده نسبت دهید رابرت جنینگز، InnerSelf.com لینک مجدد به مقاله این مقاله در ابتدا در ظاهر InnerSelf.com