یکشنبه, 31 شهریور 1398
ثبت نام ورود

ورود

نام کاربری
رمز ورود
مرا بخاطر داشته باش

ثبت نام

ورود فیلد های ستاره دار الزامی می باشد
نام
نام کاربری
رمز ورود
ورود مجدد رمز ورود
ایمیل
ورود مجدد ایمیل
 

 سلول‌های خورشیدی: راهکاری برای کاهش آلایندگی

 

1- معرفی سلول‌های خورشیدی:

امروزه، تأمین انرژی مورد نیاز بشر توسط منابع گوناگونی انجام می‌شود که بخش عمده‌ای از آن را سوخت‌های فسیلی مانند نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی تشکیل می‌دهد. بنابراین، گسترش منابع انرژی متنوع و تجدیدپذیر برای کاهش نشر دی‌اکسید کربن، متان و دیگر مواد مضر امری ضروری است. خورشید یکی از منابع تأمین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی است که از دیرباز به روش‌های گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است. در سال‌های اخیر، استفاده از این منبع انرژی باعث به وجود آمدن کوره‌ها و سلول‌های خورشیدی مبدل انرژی شده است. سلول خورشیدی، وسیله‌ای است که انرژی خورشید را به وسیله اثر فوتوولتائیک (تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به الکتریسیته) و بدون اتصال به منبع ولتاژ خارجی به برق تبدیل می‌کند.

پدیده‌ فوتوولتائیک فقط با برخی از طول موج‌ها ایجاد می‌شود. این به آن دلیل است که بسته‌های نور (فوتون ها) باید حداقل انرژی برای برانگیختن الکترون‌های ماده را داشته باشند. بخشی از فوتون‌ها که انرژی کافی برای برانگیختن الکترون در مولکول یا نیمه رسانا را نداشته باشند، توسط ماده فوتوولتاییک جذب نمی‌شوند. از سوی دیگر، اگر انرژی فوتون بیشتر از میزان انرژی لازم برای برانگیختن الکترون باشد، انرژی اضافی هدر می‌رود. این دو پدیده باعث می‌شود که 70% از انرژی خورشید بدون مصرف باقی بماند. از جمله کاربردهای سلول‌های خوشیدی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

-تأمین نیروی حرکتی ماهواره‌ها و سفینه‌های فضایی

-تأمین انرژی لازم برای دستگاه‌هایی که نیاز به ولتاژهای کمی دارند (مانند ماشین حساب و ساعت)

- تهیه برق شهر توسط نیروگاه‌های فوتوولتائیک

 

- تأمین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایق‌های کوچک. 

 

امروزه، بیشترین سلول‌های خورشیدی تجاری از سیلیکون (بیش از 86%) ساخته شده‌اند، در حالی که استفاده از سیلیکون ممکن است به دلیل قیمت بالای تولید محدود شود. اخیرا" پژوهش‌های بسیاری در زمینه سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ با توجه به هزینه کم و فراوانی مواد اولیه ساخت آنها در مقایسه با سیستم‌های فتوولتائیک P-N صورت گرفته است. به طور کلی، از ویژگی‌های سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ در مقایسه با سلول‌های خورشیدی معدنی می‌توان به هزینه پایین تولید، تنوع رنگ و شکل، انعطاف‌پذیری و سبک وزنی اشاره کرد. این در حالی است که سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ نسبت به سلول‌های خورشیدی معدنی بازده پایین‌تری نشان می‌دهند که می توان با استفاده از فناور نانو  بازده آن را بهبود داد.

2- تاریخچه و معرفی سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ

مطالعه کار ووگل (H. W. Vogel) در برلین سال 1873 را می‌توان به عنوان اولین مطالعه مهم حساس سازی مواد نیمه رسانا با رنگ بررسی کرد که در آن امولسیون‌های نقره هالید برای تولید فیلم های عکاسی سیاه و سفید توسط رنگ ها سنتز شدند. به هر حال، استفاده از اثر فوتوولتائیک در حساس‌سازی با رنگ، نسبتاً ناموفق باقی ماند تا زمانی که یک پیشرفت غیر قابل انتظار در اوایل دهه 1990 در دانشگاه صنعتی فدرال در لوزان سوییس توسط مایکل گرتزل و برایان اورگان به دست آمد. پروفسور گرتزل (Greatzel) و همکارانش با ترکیب موفق الکترودهای نانو ساختار و رنگ‌های تزریق کننده‌ی بار، یک سلول خورشیدی با بازده تبدیل انرژی بیش از 7% را تهیه کردند. این سلول خورشیدی به عنوان "سلول خورشیدی نانو ساختار حساس شده با رنگ" یا "سلول گرتزل" نامگذاری شد. با توجه به هزینه پایین، عدم پیچیدگی ساختاری، بازده خوب و پایداری طولانی مدت سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ، پژوهش‌ها در این فناوری به سرعت در طول دو دهه اخیر پیشرفت کرده است.

 

 اجزای تشکیل دهنده سلول خورشیدی حساس شده با رنگ شامل بخش‌های مهمی همچون شیشه‌ی پوشیده شده با اکسید رسانای شفاف، نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید (TiO2)، رنگ‌های حساس به نور، الکترولیت اکسایش- کاهش، الکترود شمارشگر (کاتد) و مواد ضد نشت می‌باشد.

 

 

3- عملکرد سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ

به طور کلی با نگاه اجمالی در ساختار سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ، باید این سلول‌ها را مشابه با یک باتری قلیایی تجاری دانست که در آن یک آند و یک کاتد در دو طرف الکترولیت مایع قرار می‌گیرند. به این ترتیب که نور خورشید از طریق الکترود شفاف وارد لایه‌ رنگ شده و الکترون‌های آن را برانگیخته می‌کند. سپس این الکترون‌ها به نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید نیمه رسانا با نوار ممنوعه حدود 5.3 الکترون‌ولت، منتقل خواهد شد. با جذب الکترون‌ها در این نوار ممنوعه، میدان الکتریکی و سپس جریان ایجاد می‌شود. این جریان وارد مدار شده و به کاتد انتقال می‌یابد.

کاتد هم چنین نقش یک کاتالیزور را دارد و الکترون ها را وارد محلول الکترولیت (یدید/ تری یدید) می‌کند تا از طریق واکنش شیمیایی در الکترولیت، الکترون‌ها دوباره وارد مولکول رنگ شوند. در سلول خورشیدی حساس شده با رنگ دو فرآیندی که در سلول های قدیمی سیلیکونی توسط سیلیکون انجام می‌شد تفکیک شده اند.. در سلول های قدیمی، سیلیکون هم به عنوان منبع فوتو الکترون به کار می‌رود و هم میدان الکتریکی لازم برای جداسازی بارها و ایجاد جریان را تولید می کند؛ در حالی که در سلول خورشیدی حساس شده با رنگ، نیمه رسانا تنها برای انتقال بار به کار می‌رود و فوتو الکترون‌ها توسط یک ماده ی رنگی حساس به نور فراهم می‌شوند.

ارسال نظر


کد امنیتی
بارگزاری مجدد

پژوهش هزینه نیست، سرمایه است                                                عظمت دانش در یادگیری نیست بلکه در پژوهش است                                                پژوهش، چشمه زلال دانایی است                                                  تحقیق کردن یک مجاهدت علمی مستمر است                                                 پژوهش، نماد راهی روشن برای دستیابی به حق و حقیقت است

Top of Page