سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای

امروزه، به واسطه افزایش روز افزون جمعیت و رشد صنایع در جهان، نیاز به انرژی به طور چشمگیری در حال افزایش است. از سویی، با توجه به بحران‌های زیست محیطی که در حال حاضر جهان با آن درگیر است، بهره گیری از انرژی‌های تجدیدپذیر و پاک به جای منابع فسیلی، در دستور کار کشورهای مختلف قرار گرفته است. در میان تمام انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی، با توجه به فراوانی بسیار و دوستدار محیط زیست بودن، بسیار مورد توجه بوده و یکی از بیشترین منابع مورد استفاده کشورها می‌باشد. به عبارتی می‌توان تصریح کرد که انرژی خورشیدی منحصر به ‌فردترین منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین می‌باشد. انرژی خورشیدی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می‌تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد؛ به طوری که امروزه استفاده از منابع عظیم انرژی خورشید برای تولید انرژی الکتریسته، استفاده دینامیکی، ایجاد گرمایش محوطه‌ها و ساختمان‌ها، خشک کردن تولیدات کشاورزی و تغییرات شیمیایی و… در جهان کاربرد دارد. در این میان، با توجه به پیشرفت‌های فنی و فناوری در جهان، بهره‌گیری از انرژی خورشیدی برای تولید برق بسیار رو به فزونی است.

ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی می‌باشد. با توجه به موقعیت جغرافیای ایران و پراکندگی روستایی در کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه‌های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدل‌های انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه می‌باشد.

با توجه به استانداردهای بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از 5/3 کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات ساعت در متر مربع) باشد استفاده از مدل‌های انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است. در بسیاری از قسمتهای ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی می‌باشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلو وات ساعت بر مترمربع اندازه‌گیری شده است ولی به طور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود 5/4 کیلو وات ساعت بر مترمربع است. شکل 1 موید این مطلب می‌باشد.

نقشه انرژی خورشیدی جهان

شکل 1     اطلس انرژی خورشیدی در جهان و موقعیت منحصر به فرد ایران از نظر تابش

شکل 2     فناوری نانو، یکی از مهمترین دستاوردهای بشر در قرن 21

فناوری‌نانو، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم‌هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح ملكولي و اتمي و استفاده از خواصی است كه در آن سطوح ظاهر مي­شود. از همين تعريف ساده برمي­آيد كه فناوری نانو يك رشته جديد نيست، بلكه رويكردي جديد در تمام رشته‌هاست. براي فناوری نانو كاربردهايي را در حوزه‌هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشكي و زیست‌فناوری تا الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل­و­نقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده‌اند. كاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فناوري را به ­عنوان يك زمينه فرا رشته­اي و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمايش­ها و تحقيقات پيرامون فناوری نانو از ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنكردني فناوری نانو در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر تمامي كشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يكي از مهم‌ترين اولويت‌هاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يكم محسوب نمايند.

 

1- چالش‌های پیش روی صنعت سلول‌های خورشیدی چیست؟

با وجود این که انرژی خورشیدی، فراوان، رایگان و سازگار با محیط زیست است، اما صنعت سلول‌های خورشیدی با مشکلات قابل توجهی مواجه است که بدون شک، در انتظار نوآوری‌های آتی در دانش و فناوری برای حل کردن آن‌ها می‌باشد. چالش‌های مختلفی از مناظر گوناگون در این راستا قابل ذکر است. از جمله:

1. نیاز به زمین بیشتر برای ساخت نیروگاه 2. دفع قطعات سلول‌های خورشیدی پس از طی طول عمر
2. سمی بودن برخی مواد به کار رفته در سلول‌ها 4. کمیاب بودن برخی مواد به کار رفته در سلول‌ها

اما علاوه بر موارد بالا، دو چالش عمده و اساسی پیش روی این فناوری، قیمت بالای سیستم‌های خورشیدی و نیز بازده پایین این سیستم‌ها است. در واقع می‌توان گفت، مهم‌ترین موانع بر سر راه فراگیری استفاده از انرژی خورشیدی در جهان این دو مورد به شمار می‌رود. تمام تلاش مجامع علمی و صنعتی در راستای فائق آمدن بر این دو مسئله می‌باشد.

هزینه اولیه نصب سلول‌های خورشیدی بالاست. همچنین، هزینه بر کیلووات ساعت برق تولید شده توسط توان خورشیدی نیز هنوز بالاتر از منابع رایج و مرسوم نظیر زغال سنگ و هسته‌ای است. در طول بیست سال گذشته، هزینه هر

هزینه BOS:  $/W

کیلووات

شکل 3     کاهش هزینه در سیستم‌های فتوولتاییک؛ هزینه‌های BOS  مبتنی بر تمام هزینه‌های تجهیزات به جز صفحات خورشیدی است [4].

سال

هزینه صفحه:  $/W

ساعت برق تولید شده توسط سلول‌های فتوولتاییک از حدود 500 دلار به 5 دلار کاسته شده و پیش بینی می‌شود این روند همچنان ادامه داشته باشد (شکل 3). با این وجود، این هزینه هم چنان بالاتر از مواردی چون برق هسته‌ای، زغال سنگ و گاز طبیعی است. پس این حیطه، نیازمند توجه فراوان در صنعت و دانش سلول‌های خورشیدی است.

یکی از مشکلات گونه‌های مختلف سلول‌های خورشیدی بازده تبدیل انرژی پایین آن‌ها است. به طوری که این مقدار در سلول‌های سیلیکونی (که رایج‌ترین نوع سلول‌های خورشیدی هستند) در محدوده‌ی 20-30 % قرار می‌گیرد. این مقدار در بهترین شرایط ممکن، یعنی تابش کامل 1000 W/m2 و بدون در نظر گیری آلودگی‌های محیطی و شرایط آب و هوایی تضعیف کننده‌ی تابش، اندازه‌گیری شده است و بنابراین، در شرایط واقعی مقدار کمتری را دارا خواهد بود. این در شرایطی است که عوامل دیگری نظیر افزایش دمای سلول، شرایط محیطی نظیر هوای ابری و غیره می‌تواند اثر منفی در این میزان بازده داشته باشد. بنابراین رویه‌ی روز دنیا به سمت و سوی افزایش هرچه بیشتر بازده سلول‌های خورشیدی است. به طور کلی، فناوری نانو به طرق گوناگون بر عملکرد سلول‌های خورشیدی تاثیر مثبت گذاشته است. این تاثیرات کاربردی در قالب موارد زیر قابل انجام است:

• افزایش جذب و به دام انداختن نور خورشید:
• استفاده از اثر شکست نور نانوذرات فلزی (نظیر نانوذرات طلا یا نقره) برای به دام انداختن نور درون ساختار سلول‌های خورشیدی و افزایش بازده تبدیل انرژی [14-15].
• ارائه‌ی ساختارهای جدید مبتنی بر فناوری نانو برای سلول‌های خورشیدی [3]:
• استفاده از نانوکریستال‌های سیلیکون و بهبود بازده سلول‌های سیلیکونی.
• استفاده از نانوذرات TiO₂ و رنگدانه‌ها در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای و بهبود بازده و کاهش قیمت ساخت.
• سلول‌های خورشیدی حساس شده به نقاط کوانتومی و بهبود بازده و کاهش قیمت ساخت.
• بهره گیری از نانوسیال‌ها جهت بهبود عملکرد سلول خورشیدی [13]:
• استفاده از نانوسیال‌ها (نظیر نانوسیال آب-Al₂O₃) جهت بهبود فرایند خنک‌سازی سلول خورشیدی و کاهش اثر افزایش دما بر عملکرد سلول.
• استفاده از نانوسیال‌ها (نظیر نانوسیال آب- TiO₂) به منظور بهبود جذب نور در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای.
• کاربرد فتوکاتالیست‌های مبتنی بر فناوری نانو در سلول‌های خورشیدی:
• استفاده از انواع نانوفتوکاتالیست‌ها و انواع حسگرهای نوری (نظیر کادمیوم سولفید) جهت بهبود جذب نور، افزایش محدوده‌ی جذب و سوق دادن آن به سمت نورهای مرئی و بهبود و تسریع انتقال الکترون (و در نتیجه بهبود بازده تبدیل انرژی) [12].

موارد بالا تنها بخشی از کارکردهای فناوری نانو در عرصه انرژی خورشیدی بوده و نانوفناوری در سایر حوزه‌های انرژی خورشیدی، نظیر سیستم‌های حرارتی خورشیدی، نیز کاربردهای چشم‌گیری از خود نشان داده است.

2- روش‌های بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی

فعالیت‌هایی که جهت بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی و بازدهی صورت می‌گیرد، در سه حوزه واقع می‌شوند:

1) اقداماتی که در جهت کاهش قیمت هم سو با بهینه کردن بازده صورت می‌گیرد.

2) اقداماتی که فناوری جدیدی را برای ساخت سلول‌های خورشیدی پیشنهاد می‌دهند.

3) اقداماتی که بر روی ساختار لایه جاذب در سلول‌های خورشیدی انجام می‌گردد.

3- سلول‌های خورشیدی رنگدانه ای؛ نسل جدید سلول‌های خورشیدی

نخستین نسل از سلول‌های خورشیدی، سلول‌های بر پایه سیلیکون بوده است. فناوری و ساخت این سلول‌ها، در طول سالیان متمادی، به پیشرفت‌هایی دست یافته و انواع مختلفی از این سلول‌ها، برای دست یابی به بازده‌های بالاتر ساخته و عرضه شده‌اند. اگر چه این سلول‌ها در حال حاضر، بخش غالب بازار سلول‌های خورشیدی را به خود اختصاص می‌دهند، اما با مشکلاتی درگیر هستند که لزوم استفاده از فناوری‌های جایگزین را مطرح می‌سازد. به طور نمونه، استفاده از سلول‌های سیلیکونی، به دلیل فرایند فرآوری و ساخت بسیار پرهزینه ماده اولیه ی سیلیکون، بسیار هزینه‌بر است. این امر، مانع کاهش هزینه در سلول‌های سیلیکونی می‌شود. شکل 4 این موضوع را نشان می‌دهد. از سوی دیگر، برق مصرفی برای فرآوری سیلیکون بسیار بالا بوده و زمان بازگشت انرژی[1] این سلول‌ها حدود 1 سال است. همچنین مصرف زیاد سیلیکون برای محیط زیست مخاطره آمیز است. تمامی این موارد منجر به معرفی نسل دوم سلول‌های خورشیدی گردید.

شکل 4     مقایسه قیمت در برابر بازده در نسل‌های مختلف سلول خورشیدی [4].

هزینه بر مساحت ($/m2)

نسل بعدی معرفی شده، سلول‌های خورشیدی لایه نازک هستند. این فناوری اگرچه تغییرات زیادی را در بازدهی فراهم نکرد، اما قیمت ساخت سیستم‌های خورشیدی را تا حدودی کاهش داد (شکل 4). اما همچنان، مواد و عناصر به کار رفته در این سلول‌ها قیمت بالایی داشته و بنابراین مقرون به صرفه نبوده اند. برخی مواد نیز سمی بوده و برای محیط زیست مشکل ساز هستند. برخی مواد نظیر ایندیوم نیز از فلزات کمیاب بوده و فرایند ساخت را دچار مشکل می‌سازند.

سلول‌های رنگدانه‌ای:

نسل سوم سلول‌های خورشیدی بر پایه مواد نانوساختار ایجاد شده‌اند. سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای[2] (DSSC) عمده‌ترین نوع فناوری در این نسل به شمار می‌روند. اصول عملکرد و فناوری‌های ساخت این سلول‌ها به طور کلی با سلول‌های پیشین همچون سیلیکونی متفاوت است. اگرچه این سلول‌ها به طور عملی هنوز به مرز بازده سلول‌های سیلیکونی نرسیده‌اند، اما به واسطه بهره‌گیری از فناوری نانو، پتانسیل بالقوه فراوانی را برای پیشرفت دارا هستند. در حال حاضر، تحقیقات گسترده‌ای بر روی این سلول‌ها در حال انجام است و مجامع صنعتی نیز سرمایه‌گذاری‌های کلانی را در این حوزه از فناوری انجام داده‌اند.

سلول خورشیدی رنگدانه‌ای یک فناوری در حال رشد بوده که هدف آن، دست‌یابی به یک فرایند تبدیل انرژی خورشیدی به برق با بازده بالا و قیمت پایین است. در واقع، با الهام گیری از فرایند طبیعی فتوسنتز، تبدیل انرژی در محیطی با هزینه پایین، دوستدار محیط زیست و با فرایند ساخت آسان انجام می‌شود. فرایند ساخت این سلول‌ها یک حوزه میان رشته‌ای به شمار می‌رود. نخستین بار در دهه 1990 میلادی ایده‌هایی از این سلول‌ها مطرح گردید. علاوه بر پیشرفت در مواد اولیه، ساختارهای گوناگون از سلول و فرایندهای ساخت DSSC معرفی گردید. در میان تمام نقاط هدف برای اینگونه سلول‌ها، نخستین بار سلول‌های DSSC برای ادوات کوچک الکترونیکی به صورت تجاری عرضه گردید. اما از سال 2012 تا کنون، برخی از کمپانی‌های فعال در حوزه DSSC کاربردهای تجاری دیگری را نیز برای این سلول‌ها معرفی کرده‌اند. در واقع، در حال حاضر این فناوری، از مرحله تحقیق و توسعه خارج شده و با پیشرفت‌های فراوانی که اخیرا در مقیاس آزمایشگاهی حاصل گردیده است، این فناوری در حال چیره شدن بر نسل دوم سلول‌های خورشیدی یعنی سلول‌های لایه نازک می‌باشد.

شکل 5     استفاده از سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای با زیرلایه‌ی شفاف در یک ایستگاه قطار در فرانسه.

اجزای اصلی یک سلول خورشیدی رنگدانه‌ای یک فتوالکترود شامل یک لایه مزومتخلخل از جنس تیتانیوم دی‌اکسید (TiO₂) حساس شده به رنگزا می باشد. شکل 6 ساختار و چگونگی ایجاد جریان الکتریکی را نشان می‌دهد. عملکرد این سلول بدین صورت است که فوتون ورودی توسط رنگ جذب شده و سبب برانگیخته شدن الکترون می‌شود. رنگ طوری انتخاب شده است که نوار رسانش آن بالاتر از نوار رسانش TiO₂ بوده و بنابراین الکترون برانگیخته شده در رنگ می‌تواند به نوار رسانش TiO₂ منتقل شود. نانوذرات TiO₂ به عنوان حامل این الکترون عمل کرده و در نهایت الکترون به الکترود می‌رسد. در این بین، رنگ توسط محلول احیا شده و آماده دریافت فوتون بعدی می‌گردد. الکترونی که به الکترود می‌رسد، توسط سیم به الکترود مقابل (الکترود احیاکننده) انتقال یافته و در عمل احیای الکترولیت مشارکت می‌کند. به این ترتیب جریان در مدار خارجی نیز برقرار می‌شود.

شکل 6  -ساختار و نحوه عملکرد یک سلول خورشیدی رنگدانه ای

از نقطه نظر اقتصادی، نظر کلی این است که قیمت6/0 دلار بر وات برای این سلول‌ها باید به دست آید تا بتواند با سایر روش‌های تامین انرژی رقابت نماید. در حال حاضر، بازده‌های به دست آمده برای این سلول‌ها پایین تر از میزان مشابه برای سلول‌های رایج در بازار است. اما حتی اگر DSSCها در آینده‌ی نزدیک به سطح بازده مشابه با سایر فناوری‌ها نظیر لایه نازک دست پیدا نکنند و با معیار قیمت/وات نتوانند با این سلول‌های تجاری رقابت کنند، اما قطعا بهترین راهکار برای مواردی چون نصب در خانه‌ها بوده و از نظر معیار قیمت/مساحت بر سایر فناوری چیره می‌شوند (شکل 5). این مطلب در شکل 4 نشان داده شده است. به وضوح دیده می‌شود که سلول‌های نسل سوم که سلول‌های رنگدانه‌ای از این دسته‌اند، قیمت/مساحت بسیار کمتری را نسبت به سلول‌های رایج سیلیکونی ارائه می‌دهند؛ به طوری که گستره‌ی قیمتی برای سلول‌های سیلیکونی میان 150 تا 500 دلار بر متر مربع است، در حالی که این مقدار برای سلول‌های نسل سوم بین 20 تا 250 است. همچنین اگر چه، سلول‌های نسل سوم در یک گستره‌ی قیمتی مشابه با سلول‌های لایه نازک نسل دوم تخمین زده می‌شوند، اما به دلیل پتانسیل ارائه بازده‌های بسیار بالاتر از نسل دوم، بسیار مقرون به صرفه تر هستند. مشاهده می‌شود که گستره بازده سلول‌های نسل دوم زیر 20% است، در حالی که سلول‌های نسل سوم توانایی رسیدن به بیش از 60% را نیز دارا می‌باشند. از نقطه نظر قیمت/توان نیز، پیش بینی‌هایی برای دوران بلوغ فناوری‌های نسل‌های مختلف انجام شده است. همان طور که در شکل دیده می‌شود، قیمت متوسط برای سلول‌های سیلیکونی در حدود 3 دلار/ وات و برای سلول‌های لایه نازک حدود 1 دلار/وات تخمین زده می‌شود. این در حالی است که این مقدار برای سلول‌های نسل سوم نظیر سلول‌های رنگدانه‌ای، بین2/0 تا 5/0 دلار/وات می‌باشد.

شکل 7     برخی از موارد برتری سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای نسبت به سلول‌های رایج در بازار

به طور کلی، در بازار کنونی سلول‌های خورشیدی که غلبه‌ی اصلی با سلول‌های سیلیکونی بوده و سلول‌های لایه نازک جایگاه بعدی را دارا می‌باشند، سلول‌های رنگدانه‌ای از قابلیت رقابت در حوزه‌های مختلف برخوردار هستند. شکل 7 به طور خلاصه این موارد را نشان می‌دهد. با توجه به این موارد و کارهای تحقیقاتی گسترده‌ای که در این زمینه در حال پیگیری می‌باشد، آینده‌ی بسیار درخشانی را برای سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای می‌توان متصور بود.

4- بررسی پتانسیل اقتصادی سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای

4-1- سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای در ایران

فناوری نانو عمر دیرپایی در کشور ندارد. اما خوشبختانه اهمیت و جایگاه این فناوری در کشور به درستی درک شده و به لطف اهتمام مسئولان و پژوهشگران، پیشرفت‌های بسیار درخور توجهی در سال‌های گذشته در این زمینه به دست آمده است. موید این مطلب، قرار گیری ایران در میان 10 کشور برتر مولد علم و دانش در حوزه‌ی فناوری نانو در جهان می‌باشد [10].

در زمینه سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای، این فناوری در جهان در حال گذار از مرحله‌ی آزمایشگاهی و تحقیقاتی به مرحله‌ی تجاری و صنعتی بوده و هنوز اقدامات عملیاتی چندانی در این راستا در بازار سلول‌های خورشیدی صورت نگرفته است. بدیهی است که این امر برای ایران نیز صدق می‌کند. در همین راستا می‌توان به موارد گوناگونی در این زمینه اشاره کرد. به طور مثال، محققان دانشگاه صنعتی شریف در پژوهشی در سال 1391 موفق به ساخت سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای شدند. این پروژه، با حمایت ستاد توسعه فناوری نانو در پایگاه ثبت اختراع آمریکا به ثبت رسیده است [16]. در پژوهش دیگری، محققان دانشگاه شهید بهشتی موفق به ساخت نانو ذراتی با اندازه‌ی ذرات یکنواخت شده‌اند که ساخت سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ی نوع p را امکان‌پذیر می‌کند. استفاده از این نانو ذرات، افزایش بازده سلول‌های خورشیدی و کاهش هزینه‌ی ساخت آن‌ها را در پی خواهد داشت [17]. پژوهش در این زمینه، در مراکز علمی و تحقیقاتی دیگری نظیر دانشگاه تهران، دانشگاه علم و صنعت، پژوهشگاه نیرو و غیره در جریان است که منجر به ساخت انواع مختلفی از سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای در کشور شده است.

یکی از مصادیق پیوند دانش و فناوری با صنعت، اختراعات ثبت شده هستند. به طوری که با تحلیل روند اخترعات ثبت شده در سطح جهانی، می‌توان به درک درستی از جایگاه یک فناوری در بازار دست یافت. با نگاهی به اختراعات ثبت شده در موضوع سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای در پایگاه مالکیت معنوی کشور، می‌توان به این نتیجه رسید که مجامع علمی و صنعتی کشور در تلاش برای دستیابی به مرزهای فناوری سلول‌های رنگدانه‌ای هستند. جدول 1 برخی از اختراعات ثبت شده در این زمینه را ارائه می‌دهد.

جدول 1     برخی اختراعات ثبت شده در کشور در زمینه سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای [8]

عنوان	شماره ثبت
سلول خورشيدي فعال شده با رنگینه طبیعی به روش نشست الکتروفورتیک نانوذرات اکسید روی	65084
طراحي و ساخت سلول‌هاي خورشيدي نانو بلوري حساس شده به رنگ به روش سنتر ساده	51151
ساخت سلول خورشيدي حساس شده به رنگدانه بااستفاده ازالكترود زيرين نانو لوله‌هاي كربني	74496
توليد سلول خورشيدي نانو ساختار با استفاده از رنگدانه‌هاي طبيعي	78255

 

4-2- سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای در جهان

پیش بینی می‌شود که تا سال 2030 میلادی، سلول‌های خورشیدی سیلیکونی، فناوری غالب در بازار سلول‌های خورشیدی باشند [2]. در این فاصله، سایر فناوری‎های نوین در حال آماده سازی برای تجاری شدن و رسیدن به بازار هستند. سلول‌های نانوساختار که در میان آن‌ها سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای نیز هستند، با توجه به پتانسیل بالا نقش عمده‌ای در این زمینه خواهند داشت.

در محافل علمی و تحقیقاتی، کار و پژوهش‌های فراوانی برای بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای در حال انجام است. همگرایی نتایج این تحقیقات در آینده‌ای دور یا نزدیک، منجر به جهش‌های فوق العاده در صنعت سلول‌های خورشیدی خواهد شد. از این جمله، می‌توان به پروژه‌ای در دانشگاه مالایا اشاره کرد که طی آن محققان بازده سلول‌های رنگدانه‌ای را 12/1% بهبود بخشیده اند [18]. همچنین در یک نمونه دیگر، محققین دانشگاه توکیو، با ایجاد بهبودهایی در الکترولیت موجود در یک سلول رنگدانه‌ای، باعث بهبود بازده در این سلول شده اند [19].

شرکت‌ها و کمپانی‌های فراوانی نیز در زمینه تحقیق و ساخت سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای به فعالیت می‌پردازند. آینده این فناوری به گونه ایست که حتی برخی از این شرکت‌ها تمام ظرفیت علمی و صنعتی خود را به این فناوری نوین اختصاص داده و از کار بر روی فناوری نسل‌های پیشین خودداری ورزیده اند. برخی از شرکت‌های فعال در این زمینه شامل مواردی چون DYESOL ، TDP، SONOTEK و dyenamo می‌شود (شکل 8).

شکل 8     برخی از شرکت‌های فعال در زمینه سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای

 

5- جمع بندی

همان طور که اشاره شد، سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای، به کمک فناوری نانو دریچه‌ی نوینی را در صنعت سلول‌های خورشیدی گشوده‌اند. این دست سلول‌ها، علاوه بر این که به نسبت سلول‌های رایج نظیر سیلیکونی یا لایه نازک که از مواد گران قیمت ساخته می‌شوند، بسیار ارزان‌تر هستند، قابلیت دست‌یابی به بازده‌های بسیار بالاتر را به محققین می‌دهند. امروزه تمرکز اصلی مجامع علمی و تحقیقاتی و صنعتی بر این نسل از سلول‌های خورشیدی بسیار گسترده شده‌ است. با توجه به پتانسیل بالای این سلول‌ها، پیش‌بینی می‌شود که آینده‌ی درخشانی در زمینه‌ی تجاری‌سازی در انتظار آن‌ها باشد.

 

 

 

 

منابع

1. Parida, Bhubaneswari, S. Iniyan, and Ranko Goic. “A review of solar photovoltaic technologies.”Renewable and sustainable energy reviews15.3 (2011): 1625-1636.
2. Tyagi, V. V., et al. “Progress in solar PV technology: Research and achievement.”Renewable and Sustainable Energy Reviews20 (2013): 443-461.
3. Abdin, Z., et al. “Solar energy harvesting with the application of nanotechnology.”Renewable and Sustainable Energy Reviews26 (2013): 837-852.
4. Reddy, K. Govardhan, et al. “On global energy scenario, dye-sensitized solar cells and the promise of nanotechnology.” Physical Chemistry Chemical Physics 16.15 (2014): 6838-6858.
5. El Chaar, L., and N. El Zein. “Review of photovoltaic technologies.”Renewable and Sustainable Energy Reviews15.5 (2011): 2165-2175.
6. Parisi, Maria Laura, Simone Maranghi, and Riccardo Basosi. “The evolution of the dye sensitized solar cells from Grätzel prototype to up-scaled solar applications: A life cycle assessment approach.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 39 (2014): 124-138.
7. Reddy, K. Govardhan, et al. “On global energy scenario, dye-sensitized solar cells and the promise of nanotechnology.”Physical Chemistry Chemical Physics16.15 (2014): 6838-6858.
8. http://iripo.ssaa.ir (پایگاه اطلاع رسانی مرکز مالکیت معنوی)
9. http://autoir.com
10. http://alef.ir/vdcfmxd0ew6d0ja.igiw.html?220437
11. “نسل های مختلف سلول های خورشیدی و روش های بهبود بازدهی”، شیما موسی خانی و همکاران، نشریه علمی-ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 2 (1392)، صص 3-8.
12. “نانوکاتالیست های پیشرفته”، داود قرایلو، ماهنامه فناوری نانو، آبان 1393، شماره 8، صص 31-42.
13. Kasaeian, Alibakhsh, Amin Toghi Eshghi, and Mohammad Sameti. “A review on the applications of nanofluids in solar energy systems.”Renewable and Sustainable Energy Reviews43 (2015): 584-598.
14. Abdullah, Manal Midhat. “Silicon Solar Cell Enhancement by Using Au Nanoparticles.”Int. J. Appl. or Innov. Engg and Mant2.6 (2013): 49-56.
15. Xie, Feng‐Xian, et al. “Improving the efficiency of polymer solar cells by incorporating gold nanoparticles into all polymer layers.”Applied Physics Letters99.15 (2011): 153304.
16. http://www1.jamejamonline.ir/newstext2.aspx?newsnum=100811107264
17. http://www.isna.ir/fa/news/93032714990
18. http://cleantechnica.com/2014/04/29/dye-sensitized-solar-cells-continuing-move-forward-efficient-replacement-platinum-found/
19. Hara, Kohjiro, et al. “Novel and efficient organic liquid electrolytes for dye-sensitized solar cells based on a Ru (II) terpyridyl complex photosensitizer.”Chemistry Letters32.11 (2003): 1014-1015.

 

 

[1] Energy pay-back time

[2] Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)

 

———————————————————————

تهیه و تنظیم:

• دکتر رقیه قاسم پور
• محمد حسن قدوسی نژاد
• گروه ترویج صنعتی انرژی‌های نو و تجدید پذیر

بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================