سلول‌های خورشیدی دستگاه‌هایی هستند که نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند. این تکنولوژی باعث می‌شود که برای تولید انرژی به مقدار کمتری از سوختن ذغال سنگ و دیگر سوختهای فسیلی استفاده شود. اما پانل‌های سلول‌های خورشیدی نیاز زیادی به فضای باز و آفتاب برای جذب نور خورشید دارند. در جاهایی که فضا محدود است، ممکن است مردم بین پانل‌های خورشیدی یا گلخانه‌ای برای کشت محصولات گیاهی مجبور به انتخاب یکی باشند. اما اگر شما بتوانید به طور همان زمان هم محصول و هم برق تولید کنید چه؟ برای یانگ راه حل مشخص است. یعنی سلول‌های خورشیدی شفاف.
دانشمندان به سلول‌های خورشیدی شفاف فتوولتائیک می‌گویند
یانگ یکی از فیزیکدانان دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس است. او بر روی سلول‌های خورشیدی مطالعه می‌کند که به نام سلول‌های فتوولتائیک (Foh-toh-vol-TAY-ik) نیز شناخته می‌شوند. بسیاری از آنها با استفاده از عنصر سیلیکون ساخته شده‌اند. یانگ به جای آنها بر روی نسخه‌های مبتنی بر کربن کار می‌کند. این سلول‌های خورشیدی به عنوان OPV شناخته می‌شوند، OPV ها انعطاف پذیر و ساده هستند. به تازگی چندین گروه از دانشمندان OPV هایی را ساخته‌اند که شفاف و روشن هستند.
از آنجا که آنها به نور اجازه عبور می‌دهند، یکی از دانش آموزان یانگ پیشنهاد کرد که از OPV ها را در سقف یک گلخانه استفاده کنند. این تیم الهام بخش یانگ برای ایجاد و آزمایش یک سلول خورشیدی بود که هم می‌تواند برق را تولید کند و هم به اندازه کافی نور را برای رشد گیاهان عبور دهد.
نور خورشید از رنگ یا طول موج‌های نوری بسیاری تشکیل شده است. رنگ‌هایی که ما می‌بینیم، از بنفش تا قرمز، طیف نور مرئی نامیده می‌شود. طول موج آنها بین 400 تا 700 نانومتر است. (یک نانومتر یک میلیاردم یک متر است). سلول‌های خورشیدی یانگ اجازه می‌دهند که نور مرئی از آنها عبور کند، زیرا آنها شفاف هستند. اما سلول‌های خورشیدی نیز باید نور را برای تولید برق جذب کنند. هدف یانگ جذب نور مادون قرمز است که طول موج‌های بین 700 نانومتر را شامل می‌شود. حدود نیمی از نوری که از خورشید می‌آید مادون قرمز است. مردم نمی‌توانند آن را ببینند، اما برخی حیوانات مانند مارها و خفاش‌ها می‌توانند مادون قرمز را حس کنند. سلول‌های خورشیدی یانگ اجازه می‌دهند که نور مرئی از آنها عبور کند، زیرا آنها شفاف هستند.
گیاهان به نور مادون قرمز نیاز ندارند. در حقیقت، آنها فقط یک طیف بسیار کوچک از نور مرئی را برای رشد نیاز دارند. اکثر گیاهان نور قرمز و آبی را جذب می‌کنند اما نور سبز را نشان می‌دهند. (به همین دلیل است که اکثر گیاهان سبز هستند). تیم یانگ می‌خواست ببیند که آیا نور مرئی که از طریق سلول‌های خورشیدی شفاف عبور می‌کند، برای رشد گیاهان کافی خواهد بود یا خیر.
از آنجا که آنها به نور اجازه عبور می‌دهند، یکی از دانش آموزان یانگ پیشنهاد کرد که از OPV ها را در سقف یک گلخانه استفاده کنند. این تیم الهام بخش یانگ برای ایجاد و آزمایش یک سلول خورشیدی بود که هم می‌تواند برق را تولید کند و هم به اندازه کافی نور را برای رشد گیاهان عبور دهد.
نور خورشید از رنگ یا طول موج‌های نوری بسیاری تشکیل شده است. رنگ‌هایی که ما می‌بینیم، از بنفش تا قرمز، طیف نور مرئی نامیده می‌شود. طول موج آنها بین 400 تا 700 نانومتر است. (یک نانومتر یک میلیاردم یک متر است). سلول‌های خورشیدی یانگ اجازه می‌دهند که نور مرئی از آنها عبور کند، زیرا آنها شفاف هستند. اما سلول‌های خورشیدی نیز باید نور را برای تولید برق جذب کنند. هدف یانگ جذب نور مادون قرمز است که طول موج‌های بین 700 نانومتر را شامل می‌شود. حدود نیمی از نوری که از خورشید می‌آید مادون قرمز است. مردم نمی‌توانند آن را ببینند، اما برخی حیوانات مانند مارها و خفاش‌ها می‌توانند مادون قرمز را حس کنند. سلول‌های خورشیدی یانگ اجازه می‌دهند که نور مرئی از آنها عبور کند، زیرا آنها شفاف هستند.
گیاهان به نور مادون قرمز نیاز ندارند. در حقیقت، آنها فقط یک طیف بسیار کوچک از نور مرئی را برای رشد نیاز دارند. اکثر گیاهان نور قرمز و آبی را جذب می‌کنند اما نور سبز را نشان می‌دهند. (به همین دلیل است که اکثر گیاهان سبز هستند). تیم یانگ می‌خواست ببیند که آیا نور مرئی که از طریق سلول‌های خورشیدی شفاف عبور می‌کند، برای رشد گیاهان کافی خواهد بود یا خیر.
درک نور و تابش الکترومغناطیسی
تیم او مواد کافی برای ساخت کل گلخانه را نداشت. بنابراین آنها به جای آن، آزمایشات را در مقیاس کوچکتری انجام دادند. ابتدا آنها خاک را به فنجان‌ها اضافه کرده و لوبیاهایی را در آن کاشتند. آنها در سه شرایط متفاوت لوبیا را رشد دادند. یک گروه از فنجان‌ها به طور مستقیم زیر نور خورشید قرار داده شد. یک گروه از آنها دارای یک فویل آلومینیومی در طرف و یک OPV شفاف در بالا بود. فنجان‌های گروه نهایی نیز به طور کامل با فویل آلومینیومی پوشانده شده بودند تا همه ورودی‌های نور را ببندند.
پس از 13 روز، دانشمندان اینکه آیا بذرها جوانه زده است را بررسی کردند. گیاهانی که زیر پوشش فویل بودند به ندرت رشد کرده بودند. اما بذرهایی که یک سلول خورشیدی شفاف در بالای آنها بود رشد کرده و دانه‌ها در فنجان‌های بدون پوشش نیز رشد کرده بودند و این نتیجه به این معنی است که این سلول‌های خورشیدی ممکن است بر روی سقف یک گلخانه قابل نصب باشند.
این گروه یافته‌های خود را در 3 ژانویه در نشریه ACS Nano منتشر کرد.
پس از 13 روز، دانشمندان اینکه آیا بذرها جوانه زده است را بررسی کردند. گیاهانی که زیر پوشش فویل بودند به ندرت رشد کرده بودند. اما بذرهایی که یک سلول خورشیدی شفاف در بالای آنها بود رشد کرده و دانه‌ها در فنجان‌های بدون پوشش نیز رشد کرده بودند و این نتیجه به این معنی است که این سلول‌های خورشیدی ممکن است بر روی سقف یک گلخانه قابل نصب باشند.
این گروه یافته‌های خود را در 3 ژانویه در نشریه ACS Nano منتشر کرد.
اتاق رشد
این که آیا نور کافی می‌تواند از طریق یک سلول خورشیدی شفاف عبور کند، نه تنها نیاز به بررسی بیشتری توسط دانشمندان دارد بلکه میزان کارآیی آن نیز باید تست شود. سلول‌های خورشیدی معمولی که نور مرئی را جذب می‌کنند، حدود 18 درصد کارآیی دارند. این به این معنی است که آنها 18 وات انرژی به ازای هر 100 وات نور آفتابی که جذب می‌کنند، تولید می‌کنند. سلول‌های خورشیدی OPV یانگ نیز دارای بازده نزدیک به 10 درصد است که هنوز هم خیلی خوب است. یانگ می‌گوید: "اما محیط آزمایش ما بسیار کوچک است." "هنگامی که سلول‌های خورشیدی برای یک منطقه بزرگ ساخته می‌شوند، بازده به طور معمول کمی کاهش می‌یابد."
یانگ فکر می‌کند این گلخانه‌ها ممکن است در آینده برای کشاورزی محبوب‌تر شوند. زیرا تغییرات آب و هوایی، شرایط مساعد رشد گیاهان را کمتر قابل پیش بینی می‌کند و گلخانه‌ها می توانند امکان کنترل بیشتری را به کشاورزان بدهند. تیم یانگ می‌خواهد "گلخانه را به یک نیروگاه برای تولید برق تبدیل کند و این بسیار مفید خواهد بود."
اما برای افرادی که از این فن آوری در مقیاس وسیع استفاده می‌کنند، "همه چیز بر اساس هزینه نیز باید سنجیده شود"، او اضافه می‌کند: "در حال حاضر، این تکنولوژی بسیار گران است." یانگ امیدوار است که یک روز یک شرکت بزرگ مایل به تولید انبوه این تکنولوژی باشد. این ممکن است به کاهش هزینه آن کمک کند.
لوئیس کمپس فکر می‌کند که استفاده از سلول‌های خورشیدی برای تولید انرژی و کشاورزی، هوشمندانه است. او یک شیمیدان است که در دانشگاه کلمبیا در نیویورک کار می‌کند. از آنجا که اکثر سلول‌های خورشیدی قادر به جذب نور مرئی هستند، تنها OPV های شفاف می‌توانند برای این منظور استفاده شوند. او می‌گوید: "قطعا هیجان انگیز است که برنامه‌های متعددی را مشاهده کنیم که دستگاه‌های تولید انرژی تجدید پذیر بتوانند مورد استفاده قرار بگیرند."
کامپووس نگرانی یانگ را نسبت به اینکه نسخه‌های بزرگتری از این سلول‌های خورشیری ممکن است راندمان پایین تری داشته باشند را درک می‌کند و می‌گوید که ساختن دستگاه‌های بزرگتر می‌تواند چالش‌های جدیدی را ایجاد کند، با این حال، او می‌داند که استفاده از سلول‌های خورشیدی یانگ "یک موفقیت چشمگیر است".
یانگ امیدوار است محققان دیگر بتوانند به پیشرفت این نوع فناوری کمک کنند تا بهتر و ارزان تر باشد. او می‌گوید: "علم سرگرم کننده و چالش برانگیز است، و من امیدوارم محققان جوان به ما ملحق شوند."
یانگ فکر می‌کند این گلخانه‌ها ممکن است در آینده برای کشاورزی محبوب‌تر شوند. زیرا تغییرات آب و هوایی، شرایط مساعد رشد گیاهان را کمتر قابل پیش بینی می‌کند و گلخانه‌ها می توانند امکان کنترل بیشتری را به کشاورزان بدهند. تیم یانگ می‌خواهد "گلخانه را به یک نیروگاه برای تولید برق تبدیل کند و این بسیار مفید خواهد بود."
اما برای افرادی که از این فن آوری در مقیاس وسیع استفاده می‌کنند، "همه چیز بر اساس هزینه نیز باید سنجیده شود"، او اضافه می‌کند: "در حال حاضر، این تکنولوژی بسیار گران است." یانگ امیدوار است که یک روز یک شرکت بزرگ مایل به تولید انبوه این تکنولوژی باشد. این ممکن است به کاهش هزینه آن کمک کند.
لوئیس کمپس فکر می‌کند که استفاده از سلول‌های خورشیدی برای تولید انرژی و کشاورزی، هوشمندانه است. او یک شیمیدان است که در دانشگاه کلمبیا در نیویورک کار می‌کند. از آنجا که اکثر سلول‌های خورشیدی قادر به جذب نور مرئی هستند، تنها OPV های شفاف می‌توانند برای این منظور استفاده شوند. او می‌گوید: "قطعا هیجان انگیز است که برنامه‌های متعددی را مشاهده کنیم که دستگاه‌های تولید انرژی تجدید پذیر بتوانند مورد استفاده قرار بگیرند."
کامپووس نگرانی یانگ را نسبت به اینکه نسخه‌های بزرگتری از این سلول‌های خورشیری ممکن است راندمان پایین تری داشته باشند را درک می‌کند و می‌گوید که ساختن دستگاه‌های بزرگتر می‌تواند چالش‌های جدیدی را ایجاد کند، با این حال، او می‌داند که استفاده از سلول‌های خورشیدی یانگ "یک موفقیت چشمگیر است".
یانگ امیدوار است محققان دیگر بتوانند به پیشرفت این نوع فناوری کمک کنند تا بهتر و ارزان تر باشد. او می‌گوید: "علم سرگرم کننده و چالش برانگیز است، و من امیدوارم محققان جوان به ما ملحق شوند."
برگرفته از سایت ساینس نیوز فور استیودنتس
