پایگاه خبری فولاد ایران - انرژی خورشیدی برای بقای ما به عنوان یک موجود بسیار مهم است و خوشبختانه این صنعت در حال رونق است. از زمان تصویب اعتبار کنگره امریکا از سال 2006 ، انجمن صنعت انرژی خورشیدی (SEIA) به طور متوسط 50 درصد رشد سالانه داشته است. اخبار در این زمینه بسیار است، اما انرژی خورشیدی مأموریتی فراتر از درآمدزایی دارد و قرار است این سیاره را نجات دهد.
هیچ طرحی برای جلوگیری از گرم شدن زمین توسط انسان به جز صفحات خورشیدی و انرژی قابل تبدیل وجود ندارد. برنامه توسعه سازمان ملل می گوید: "نقش راه حل های انرژی های تجدید پذیر در کاهش تغییرات آب و هوایی اثبات شده است." برخی پیش بینی می کنند صنعت انرژی خورشیدی تا سال 2050 تا 6.500 درصد رشد خواهد کرد.
اما با وجود این همه اهمیت، صفحات خورشیدی هنوز زیر سوال هستند. مستطیل های سیاه و سختی که نه نگاه و نه احساس ناجی بودن به آنها وجود دارد. آبشارها و سدها باشکوه قهرمانانه به نظر می رسند، اما صفحات خورشیدی اینچنین نیستند. مکانیسم های درونی آنها چیست و چگونه کار می کنند؟
تاریخچه مختصری از صفحه های خورشیدی
به گزارش فولاد ایران، کار روی انرژی خورشیدی در سال 1839 آغاز شد، زمانی که یک فیزیکدان جوان فرانسوی به نام ادموند بکرل آنچه که اکنون به عنوان اثر فتوولتائیک شناخته می شود را کشف کرد. ادموند به نحوه عملکرد نور علاقه داشت و هنگامی که فقط 19 سال داشت دریافت که می توان از طریق نور خورشید برق تولید کرد. (اتفاقاً همین امر باعث شد او اولین عکس رنگی جهان را خلق کند).
سالها گذشت و این فناوری گامهای کوچک و پایداری برداشت. در طول دهه 1940، دانشمندانی مانند ماریا تلکس سولفات سدیم را برای ذخیره انرژی خورشید مورد آزمایش قرار داد. اما بزرگترین جهش در تاریخ 25 آوریل 1954 رخ داد، هنگامی که شیمی دان کالوین فولر، فیزیکدان جرالد پیرسون و مهندس داریل چاپین اولین سلول خورشیدی سیلیکونی را ساختند.
برای درک اینکه چگونه صفحات خورشیدی سیلیکونی برق تولید می کنند، باید در سطح اتمی فکر کنید. عدد اتمی سیلیکون 14 است، به این معنی که 14 مرکز پروتون در مرکز خود دارد و 14 الکترون در آن مرکز می چرخد. با استفاده از تصاویر کلاسیک دایره های اتمی ، سه دایره وجود دارد که در اطراف مرکز حرکت می کنند. چهار اتم بیرونی که چهار الکترون را در خود جای داده است، نیمه پر است. این بدان معناست که همیشه به دنبال پر کردن خود با کمک اتمهای اطراف است. هنگام اتصال ، آنها چیزی را تشکیل می دهند که ساختار بلوری نامیده می شود.
با رسیدن همه الکترونها به یکدیگر و اتصال آنها به هم، فضای زیادی برای حرکت جریان الکتریکی وجود ندارد. به همین دلیل سیلیکون موجود در صفحات خورشیدی با عنصر دیگری مانند فسفر مخلوط شده است. بیرونی ترین دایره فسفر دارای پنج الکترون است.
این الکترون پنجم تبدیل به چیزی می شود که به عنوان "حامل آزاد" شناخته می شود و قادر به حمل جریان الکتریکی بدون تحریک زیاد است. دانشمندان با افزودن ناخالصی ها در فرآیندی به نام دوپینگ، تعداد حامل های آزاد را افزایش می دهند. نتیجه آن چیزی است که به عنوان سیلیکون نوع N شناخته می شود.
سیلیکون نوع N همان چیزی است که در سطح صفحه خورشیدی وجود دارد. در حالی که سیلیکون نوع N دارای یک الکترون اضافی است، سیلیکون نوع P از عناصری مانند گالیوم که دارای یک الکترون کمتر هستند استفاده می کند. این عدم تعادل دیگری ایجاد می کند و هنگامی که نور خورشید به نوع P برخورد می کند، الکترون ها شروع به حرکت می کنند تا حفره های موجود در یکدیگر را پر کنند. یک عمل متعادل سازی که بارها و بارها تکرار می شود و باعث تولید برق می شود.
آینده انرژی خورشیدی
برخی از دانشمندان در حال کار بر روی استفاده از مواد جدید هستند. یک ماده معدنی معروف به پروسکیت وجود دارد که آگروال آن را "بسیار هیجان انگیز" توصیف می کند. پروسکایت که برای اولین بار در کوه های اورال در غرب روسیه کشف شده در فرآیند سیلیکون P و N برای هدایت الکتریسیته، از 10 درصد کارآیی در سال 2012 به 20 درصد در سال 2014 رسیده اما آگواروال و مارگولیس هشدار می دهند که این فناوری هنوز در مراحل اولیه خود هم نیست. مارگولیس می گوید: "کارایی این ماده در آزمایشگاه به سرعت بالا رفته اما بین آزمایشگاه و دنیای واقعی تفاوت وجود دارد." در حالی که پروسکایت پیشرفت زیادی در محیط های پاک نشان داده است، اما با ورود عناصری مانند آب به آن، که می تواند در استفاده روزمره با آنها روبرو شود، کاهش سریعی را نشان داده است.
اما مارگولیس تصور می کند که امکان ذخیره و استفاده از انرژی خورشیدی برای کاهش فشار وجود دارد. علیرغم کشمکشهایی که با سلطه انرژی خورشیدی مانند رقابت با گاز طبیعی و جو سیاسی طرفدار سوختهای فسیلی وجود دارد، مارگولیس خوش بین است.
منبع: popularmechanics.com