رفتن به محتوای اصلی
پایگاه اطلاع رسانی تازه‌های انرژی ایران (رسانه سبز)
اخبار و مقالات نفت، گاز، پتروشیمی و حوزه انرژی
اخبار و مقالات نفت، گاز، پتروشیمی و حوزه انرژی
اخبار و مقالات نفت، گاز، پتروشیمی و حوزه انرژی

سلول های خورشید ی رنگ د انه ای

سلول های خورشید ی رنگ د انه ای

امروزه، به واسطه افزایش روزافزون جمعیت و رشد  صنایع د  ر جهان، نیاز به انرژی به طور چشمگیری د ر حال افزایش است. از سویی باتوجه به بحران‌های زیست‌محیطی که در حال حاضر جهان با آن د رگیر است، بهره‌گیری از انرژی‌های تجد ید پذیر و پاک به جای منابع فسیلی د ر د ستور کار کشورهای مختلف قرار گرفته است. د ر میان تمام انرژی‌های تجد ید پذیر، انرژی خورشید ی باتوجه به فراوانی بسیار و د وستد ار محیط زیست بود ن، بسیار مورد  توجه بود ه و یکی از بیشترین منابع مورد  استفاد ه کشورهاست. به عبارتی می‌توان تصریح کرد  که انرژی خورشید ی منبع منحصر به فرد  انرژی تجد ید پذیر د ر جهان و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود  د ر زمین است. انرژی خورشید ی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می‌تواند  به اشکال د یگر انرژی تبد یل شود ، به طوری که امروزه استفاد ه از منابع عظیم انرژی خورشید  برای تولید  انرژی الکتریسته، استفاد ه دینامیکی، ایجاد  گرمایش محوطه‌ها و ساختمان‌ها، خشک کرد ن تولید ات کشاورزی، تغییرات شیمیایی و... د ر جهان کاربرد  د ارد . د ر این میان، با توجه به پیشرفت‌های فنی و فناوری در جهان، بهره‌گیری از انرژی خورشید ی برای تولید  برق بسیار رو به گسترش است. ایران با د اشتن حد ود  ۳۰۰ روز آفتابی د ر سال جزو بهترین کشورهای د نیا د ر زمینه پتانسیل انرژی خورشید ی است. باتوجه به موقعیت جغرافیایی ایران و پراکند گی روستایی د ر کشور، استفاد ه از انرژی خورشید ی یکی از مهم‌ترین عواملی است که باید  مورد  توجه قرار گیرد . استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه‌های برق‌رسانی و تولید  انرژی در مقایسه با دیگر مدل‌های انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاد ه د ر کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهد اری و عوامل مشابه است.

باتوجه به استاند ارد های بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید  د ر روز بالاتر از ۳.۵ کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات ساعت د ر متر مربع) باشد  استفاد ه از مدل‌های انرژی خورشید ی نظیر کلکتورهای خورشید ی یا سیستم‌های فتوولتاییک بسیار اقتصاد ی و مقرون به صرفه است. در بسیاری از قسمت‌های ایران انرژی تابشی خورشید  بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی است و د ر برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلو وات ساعت بر مترمربع اند ازه‌گیری شد ه است ولی به طور متوسط انرژی تابشی خورشید  بر سطح سرزمین ایران حد ود  ۴.۵ کیلووات ساعت بر مترمربع است. شکل یک موید  این مطلب است.
فناوری‌نانو، توانمند ی تولید  مواد ، ابزارها و سیستم‌های جد ید  با در د ست گرفتن کنترل د ر سطوح مولکولی و اتمی و استفاد ه از خواصی است که د ر آن سطوح ظاهر می شود . از همین تعریف ساد ه برمی آید  که فناوری نانو یک رشته جد ید  نیست، بلکه رویکرد ی جد ید  د ر تمام رشته‌هاست. برای فناوری نانو کاربرد هایی را د ر حوزه‌های مختلف از غذا، د ارو، تشخیص پزشکی و زیست‌فناوری تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد ، هوافضا و امنیت ملی برشمرد ه‌اند . کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامد های اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به  عنوان یک زمینه فرارشته ای و فرابخش مطرح ساخته است.
هرچند  آزمایش ها و تحقیقات پیرامون فناوری نانو از ابتد ای د هه ۸۰ قرن بیستم به طور جد ی پیگیری شد ، اما اثرات تحول‌آفرین، معجزه‌آسا و باورنکرد نی فناوری نانو در روند  تحقیق و توسعه باعث شد  که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب شود  و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهم‌ترین اولویت‌های تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب کنند .

۱- چالش‌های پیش روی صنعت سلول‌های خورشید ی چیست؟

باوجود  اینکه انرژی خورشید ی، فراوان، رایگان و سازگار با محیط زیست است، اما صنعت سلول‌های خورشیدی با مشکلات قابل توجهی مواجه است که بد ون شک، در انتظار نوآوری‌های آتی در د انش و فناوری برای حل کردن آنهاست. چالش‌های مختلفی از مناظر گوناگون در این راستا قابل ذکرند ، از جمله:
۱. نیاز به زمین بیشتر برای ساخت نیروگاه
۲. د فع قطعات سلول‌های خورشیدی پس از طی طول عمر
۳. سمی بود ن برخی مواد  به کار رفته د ر سلول‌ها
۴. کمیاب بود ن برخی مواد  به کار رفته د ر سلول‌ها
اما علاوه بر موارد  بالا، ۲ چالش عمد ه و اساسی پیش روی این فناوری، قیمت بالای سیستم‌های خورشیدی و نیز بازده پایین این سیستم‌ها هستند . در واقع می‌توان گفت مهم‌ترین موانع بر سر راه فراگیری استفاد ه از انرژی خورشیدی در جهان این ۲ مورد  به شمار می‌روند . تمام تلاش مجامع علمی و صنعتی د ر راستای فائق آمد ن بر این ۲ مسئله است.
هزینه اولیه نصب سلول‌های خورشید ی بالاست. همچنین، هزینه بر کیلووات ساعت برق تولید  شد ه توسط توان خورشید ی نیز هنوز بالاتر از منابع رایج و مرسوم نظیر زغال‌سنگ و هسته‌ای است. د ر طول ۲۰ سال گذشته، هزینه هر کیلووات ساعت برق تولید  شد ه توسط سلول‌های فتوولتاییک از حد ود  ۵۰۰ د لار به ۵ د لار کاهش یافته و پیش‌بینی می‌شود  این روند  همچنان ادامه د اشته باشد  (شکل ۳). با این وجود ، این هزینه همچنان بالاتر از موارد ی چون برق هسته‌ای، زغال‌سنگ و گاز طبیعی است. پس این حیطه، نیازمند  توجه فراوان د ر صنعت و د انش سلول‌های خورشید ی است.
یکی از مشکلات گونه‌های مختلف سلول‌های خورشید ی بازد ه تبد یل انرژی پایین آنهاست. به طوری که این مقد ار د ر سلول‌های سیلیکونی (که رایج‌ترین نوع سلول‌های خورشید ی هستند ) د ر محد ود ه ۲۰ تا ۲۰ د رصد  قرار می‌گیرد . این مقد ار د ر بهترین شرایط ممکن، یعنی تابش کامل W/m 1000 2 و بد ون د ر نظر گیری آلود گی‌های محیطی و شرایط آب و هوایی تضعیف‌کننده تابش، اند ازه‌گیری شد ه است، بنابراین د ر شرایط واقعی مقد ار کمتری را د ارا خواهد  بود . این د ر شرایطی است که عوامل دیگری نظیر افزایش دمای سلول، شرایط محیطی نظیر هوای ابری و غیره می‌توانند  اثر منفی د ر این میزان بازد ه د اشته باشند . بنابراین رویه‌ روز د نیا به سمت و سوی افزایش هرچه بیشتر بازد ه سلول‌های خورشید ی است. به طور کلی، فناوری نانو به طرق گوناگون بر عملکرد  سلول‌های خورشید ی تاثیر مثبت گذاشته است. این تاثیرات کاربرد ی د ر قالب موارد  زیر قابل انجام است:
- افزایش جذب و به د ام اند اختن نور خورشید :
- استفاد ه از اثر شکست نور نانوذرات فلزی (نظیر نانوذرات طلا یا نقره) برای به د ام اند اختن نور د رون ساختار سلول‌های خورشید ی و افزایش بازد ه تبد یل انرژی [۱۴-۱۵].
- ارائه‌ ساختارهای جد ید  مبتنی بر فناوری نانو برای سلول‌های خورشید ی [۳]:
- استفاد ه از نانوکریستال‌های سیلیکون و بهبود  بازد ه سلول‌های سیلیکونی.
 -استفاد ه از نانوذرات TiO2 و رنگد انه‌ها د ر سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای و بهبود  بازد ه و کاهش قیمت ساخت.
- سلول‌های خورشید ی حساس شد ه به نقاط کوانتومی و بهبود  بازد ه و کاهش قیمت ساخت.
- بهره‌گیری از نانوسیال‌ها به منظور بهبود  عملکرد  سلول خورشید ی [۱۳]:
- استفاد ه از نانوسیال‌ها (نظیر نانوسیال آب-Al2O3) به منظور بهبود  فرایند  خنک‌سازی سلول خورشید ی و کاهش اثر افزایش د ما بر عملکرد  سلول.
- استفاد ه از نانوسیال‌ها (نظیر نانوسیال آب- TiO2) به منظور بهبود  جذب نور د ر سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای.
- کاربرد  فتوکاتالیست‌های مبتنی بر فناوری نانو د ر سلول‌های خورشید ی:
- استفاد ه از انواع نانوفتوکاتالیست‌ها و انواع حسگرهای نوری (نظیر کاد میوم سولفید ) برای بهبود  جذب نور، افزایش محد ود ه‌ جذب و سوق د اد ن آن به سمت نورهای مرئی و بهبود  و تسریع انتقال الکترون (و د ر نتیجه بهبود  بازد ه تبد یل انرژی) [۱۲].
موارد  بالا تنها بخشی از کارکرد های فناوری نانو د ر عرصه انرژی خورشید ی بود ه و نانوفناوری د ر سایر حوزه‌های انرژی خورشید ی، نظیر سیستم‌های حرارتی خورشید ی نیز کاربرد های چشم‌گیری از خود  نشان د اد ه است.

 

 

جدول ۱. برخی اختراعات ثبت شده در کشور در زمینه سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای [۸]

 

 

شکل ۱. اطلس انرژی خورشیدی در جهان و موقعیت منحصر به فرد ایران از نظر تابش

 

 

 

شکل ۲. فناوری نانو، یکی از مهم‌ترین دستاوردهای بشر در قرن ۲۱

 

۲- روش‌های بهبود  کارایی سلول‌های خورشید ی

فعالیت‌هایی که به منظور بهبود  کارایی سلول‌های خورشید ی و بازد هی صورت می‌گیرد ، د ر ۳ حوزه واقع می‌شوند :
۱- اقد اماتی که برای کاهش قیمت همسو با بهینه کرد ن بازد ه صورت می‌گیرند .
۲- اقد اماتی که فناوری جد ید ی را برای ساخت سلول‌های خورشید ی پیشنهاد  می‌د هند .
۳- اقد اماتی که بر روی ساختار لایه جاذب د ر سلول‌های خورشید ی انجام می‌شوند .
۳- سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای؛ نسل جد ید  سلول‌های خورشید ی
نخستین نسل از سلول‌های خورشید ی، سلول‌های بر پایه سیلیکون بود ه است. فناوری و ساخت این سلول‌ها، د ر طول سالیان متماد ی، به پیشرفت‌هایی د ست یافته و انواع مختلفی از این سلول‌ها، برای د ستیابی به بازد ه‌های بالاتر ساخته و عرضه شد ه‌اند . اگر چه این سلول‌ها د ر حال حاضر، بخش غالب بازار سلول‌های خورشید ی را به خود  اختصاص می‌د هند ، اما با مشکلاتی د رگیر هستند  که لزوم استفاد ه از فناوری‌های جایگزین را مطرح می‌سازد . به طور نمونه استفاد ه از سلول‌های سیلیکونی، به د لیل فرایند  فرآوری و ساخت بسیار پرهزینه ماد ه اولیه سیلیکون، بسیار هزینه‌بر است. این امر، مانع کاهش هزینه د ر سلول‌های سیلیکونی می‌شود . شکل ۴ این موضوع را نشان می‌د هد . از سوی د یگر، برق مصرفی برای فرآوری سیلیکون بسیار بالا بود ه و زمان بازگشت انرژی  این سلول‌ها حد ود  یک سال است. همچنین مصرف زیاد  سیلیکون برای محیط زیست مخاطره‌آمیز است. تمامی این موارد  منجر به معرفی نسل د وم سلول‌های خورشید ی شد .
نسل بعد ی معرفی شد ه، سلول‌های خورشید ی لایه نازک هستند . این فناوری اگرچه تغییرات زیاد ی را د ر بازد هی فراهم نکرد ، اما قیمت ساخت سیستم‌های خورشید ی را تا حد ود ی کاهش د اد  (شکل ۴). البته همچنان، مواد  و عناصر به کار رفته د ر این سلول‌ها قیمت بالایی د اشته و بنابراین مقرون به صرفه نبود ند . برخی سمی بود ه و برای محیط زیست مشکل‌ساز هستند  و  برخی مواد  نظیر ایند یوم نیز از فلزات کمیاب بود ه و فرایند  ساخت را د چار مشکل می‌سازند .

 

 

 

شکل۳. کاهش هزینه در سیستم‌های فتوولتاییک؛ هزینه‌های BOS مبتنی بر تمام هزینه‌های تجهیزات به جز صفحات خورشیدی است [۴]

 

شکل ۴. مقایسه قیمت در برابر بازده در نسل‌های مختلف سلول خورشیدی [۴]

 

سلول‌های رنگد انه‌ای
نسل سوم سلول‌های خورشید ی بر پایه مواد  نانوساختار ایجاد  شد ه‌اند . سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای  (DSSC) عمد ه‌ترین نوع فناوری د ر 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 بازد ه سلول‌های سیلیکونی نرسید ه‌اند ، اما به واسطه بهره‌گیری از فناوری نانو، پتانسیل بالقوه فراوانی را برای پیشرفت د ارا هستند . د ر حال حاضر، تحقیقات گسترد ه‌ای بر روی این سلول‌ها د ر حال انجام است و مجامع صنعتی نیز سرمایه‌گذاری‌های کلانی را د ر این حوزه از فناوری انجام د اد ه‌اند .
سلول خورشید ی رنگد انه‌ای یک فناوری د ر حال رشد  بود ه که هد ف آن د ستیابی به یک فرایند  تبد یل انرژی خورشید ی به برق با بازد ه بالا و قیمت پایین است. د رواقع با الهام‌گیری از فرایند  طبیعی فتوسنتز، تبد یل انرژی د ر محیطی با هزینه پایین، د وستد ار محیط زیست و با فرایند  ساخت آسان انجام می‌شود . فرایند  ساخت این سلول‌ها یک حوزه میان رشته‌ای به شمار می‌رود . نخستین بار د ر د هه ۱۹۹۰ میلاد ی اید ه‌هایی از این سلول‌ها مطرح شد . علاوه بر پیشرفت د ر مواد  اولیه، ساختارهای گوناگون از سلول و فرایند های ساخت DSSC معرفی شد . د ر میان تمام نقاط هد ف برای این‌گونه سلول‌ها، نخستین بار سلول‌های DSSC برای اد وات کوچک الکترونیکی به صورت تجاری عرضه شد ، اما از ۲۰۱۲ تاکنون، برخی از کمپانی‌های فعال د ر حوزه DSSC کاربرد های تجاری د یگری را نیز برای این سلول‌ها معرفی کرد ه‌اند . د رواقع، د ر حال حاضر این فناوری، از مرحله تحقیق و توسعه خارج شد ه و با پیشرفت‌های فراوانی که اخیرا د ر مقیاس آزمایشگاهی حاصل شد ه است، این فناوری د ر حال چیره شد ن بر نسل د وم سلول‌های خورشید ی یعنی سلول‌های لایه نازک است.
 اجزای اصلی یک سلول خورشید ی رنگد انه‌ای یک فتوالکترود  شامل یک لایه مزومتخلخل از جنس تیتانیوم د ی‌اکسید  (TiO2) حساس شد ه به رنگزا است. شکل ۶ ساختار و چگونگی ایجاد  جریان الکتریکی را نشان می‌د هد . عملکرد  این سلول بد ین صورت است که فوتون ورود ی توسط رنگ جذب شد ه و سبب برانگیخته شد ن الکترون می‌شود . رنگ طوری انتخاب شد ه که نوار رسانش آن بالاتر از نوار رسانش TiO2 بود ه و بنابراین الکترون برانگیخته شد ه د ر رنگ می‌تواند  به نوار رسانش TiO2 منتقل شود . نانوذرات TiO2 به عنوان حامل این الکترون عمل کرد ه و د ر نهایت الکترون به الکترود  می‌رسد . د ر این بین، رنگ توسط محلول احیا شد ه و آماد ه د ریافت فوتون بعد ی می‌شود . الکترونی که به الکترود  می‌رسد ، توسط سیم به الکترود  مقابل (الکترود  احیاکنند ه) انتقال یافته و د ر عمل احیای الکترولیت مشارکت می‌کند . به این ترتیب جریان د ر مد ار خارجی نیز برقرار می‌شود .
از نقطه نظر اقتصاد ی، نظر کلی این است که قیمت ۰.۶د لار بر وات برای این سلول‌ها باید  به د ست آید  تا بتواند  با سایر روش‌های تامین انرژی رقابت کند . د ر حال حاضر، بازد ه‌های به د ست آمد ه برای این سلول‌ها پایین‌تر از میزان مشابه برای سلول‌های رایج د ر بازار است. اما حتی اگر DSSCها د ر آیند ه‌ نزد یک به سطح بازد ه مشابه با سایر فناوری‌ها نظیر لایه نازک د ست پید ا نکنند  و با معیار قیمت/ وات نتوانند  با این سلول‌های تجاری رقابت کنند ، قطعا بهترین راهکار برای موارد ی چون نصب د ر خانه‌ها بود ه و از نظر معیار قیمت/مساحت بر سایر فناوری چیره می‌شوند  (شکل ۵). این مطلب د ر شکل ۴ نشان د اد ه شد ه است. به وضوح د ید ه می‌شود  که سلول‌های نسل سوم که سلول‌های رنگد انه‌ای از این د سته‌اند ، قیمت/مساحت بسیار کمتری را نسبت به سلول‌های رایج سیلیکونی ارائه می‌د هند ، به طوری که گستره قیمتی برای سلول‌های سیلیکونی میان ۱۵۰ تا ۵۰۰ د لار بر متر مربع است، د ر حالی که این مقد ار برای سلول‌های نسل سوم بین ۲۰ تا ۲۵۰ است. همچنین اگر چه، سلول‌های نسل سوم د ر یک گستره قیمتی مشابه با سلول‌های لایه نازک نسل د وم تخمین زد ه می‌شوند ، اما به د لیل پتانسیل ارائه بازد ه‌های بسیار بالاتر از نسل د وم، بسیار مقرون به‌صرفه‌تر هستند . مشاهد ه می‌شود  که گستره بازد ه سلول‌های نسل د وم زیر ۲۰د رصد   است، د ر حالی که سلول‌های نسل سوم توانایی رسید ن به بیش از ۶۰د رصد  را نیز د ارا هستند . از نقطه نظر قیمت/توان نیز، پیش‌بینی‌هایی برای د وران بلوغ فناوری‌های نسل‌های مختلف انجام شد ه است. همان‌طور که د ر شکل د ید ه می‌شود ، قیمت متوسط برای سلول‌های سیلیکونی د رحد ود  ۳ د لار/ وات و برای سلول‌های لایه نازک حد ود  یک د لار/وات تخمین زد ه می‌شود . این د ر حالی است که این مقد ار برای سلول‌های نسل سوم نظیر سلول‌های رنگد انه‌ای، بین ۰.۲ تا ۰.۵ د لار/وات است.
 به طور کلی، د ر بازار کنونی سلول‌های خورشید ی که غلبه‌ اصلی با سلول‌های سیلیکونی بود ه و سلول‌های لایه نازک جایگاه بعد ی را د ارا هستند ، سلول‌های رنگد انه‌ای از قابلیت رقابت د ر حوزه‌های مختلف برخورد ارند . شکل ۷ به طور خلاصه این موارد  را نشان می‌د هد . باتوجه به این موارد  و کارهای تحقیقاتی گسترد ه‌ای که د ر این زمینه د ر حال پیگیری است، آیند ه‌ بسیار د رخشانی را برای سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای می‌توان متصور بود .

 

 

 

شکل ۵. استفاده از سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای با زیرلایه شفاف در یک ایستگاه قطار در فرانسه

 

 

شکل۶. ساختار و نحوه عملکرد یک سلول خورشیدی رنگدانه ای

 

 

۴- پتانسیل اقتصاد ی سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای

۴-۱- سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای د ر ایران

فناوری نانو عمر د یرپایی د ر کشور ند ارد ، اما خوشبختانه اهمیت و جایگاه آن د ر کشور به د رستی د رک شد ه و به لطف اهتمام مسئولان و پژوهشگران، پیشرفت‌های بسیار د رخور توجهی د ر سال‌های گذشته د ر این زمینه به د ست آمد ه است. موید  این مطلب، قرارگیری ایران د ر میان ۱۰ کشور برتر مولد  علم و د انش د ر حوزه‌ فناوری نانو د ر جهان است [۱۰].
د ر زمینه سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای، این فناوری د ر جهان د ر حال گذار از مرحله‌ آزمایشگاهی و تحقیقاتی به مرحله‌ تجاری و صنعتی بود ه و هنوز اقد امات عملیاتی چند انی د ر این راستا د ر بازار سلول‌های خورشید ی صورت نگرفته است. بد یهی است که این امر برای ایران نیز صد ق می‌کند . د ر همین راستا می‌توان به موارد  گوناگونی د ر این زمینه اشاره کرد . به طور مثال محققان د انشگاه صنعتی شریف د ر پژوهشی د ر ۱۳۹۱ موفق به ساخت سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای شد ند . این پروژه با حمایت ستاد  توسعه فناوری نانو د ر پایگاه ثبت اختراع امریکا به ثبت رسید ه است [۱۶]. د ر پژوهش د یگری، محققان د انشگاه شهید  بهشتی موفق به ساخت نانو ذراتی با اند ازه ذرات یکنواخت شد ه‌اند  که ساخت سلول‌های خورشید ی رنگد انه نوع p را امکان‌پذیر می‌کند . استفاد ه از این نانو ذرات، افزایش بازد ه سلول‌های خورشید ی و کاهش هزینه‌ی ساخت آنها را د ر پی خواهد  د اشت [۱۷]. پژوهش د ر این زمینه، د ر مراکز علمی و تحقیقاتی د یگری نظیر د انشگاه تهران، د انشگاه علم و صنعت، پژوهشگاه نیرو و غیره د ر جریان است که منجر به ساخت انواع مختلفی از سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای د ر کشور شد ه است.
یکی از مصاد یق پیوند  د انش و فناوری با صنعت، اختراعات ثبت شد ه هستند . به طوری که با تحلیل روند  اخترعات ثبت شد ه د ر سطح جهانی، می‌توان به د رک د رستی از جایگاه یک فناوری د ر بازار د ست یافت. با نگاهی به اختراعات ثبت شد ه د ر موضوع سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای د ر پایگاه مالکیت معنوی کشور، می‌توان به این نتیجه رسید  که مجامع علمی و صنعتی کشور د ر تلاش برای د ستیابی به مرزهای فناوری سلول‌های رنگد انه‌ای هستند . جد ول یک برخی از اختراعات ثبت شد ه د ر این زمینه را ارائه می‌د هد .

 

 

 

شکل۷. برخی از موارد برتری سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای به سلول‌های رایج در بازار

 

 

شکل۸. برخی از شرکت‌های فعال در زمینه سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای

 

۴-۲- سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای د ر جهان

پیش‌بینی می‌شود  که تا ۲۰۳۰ میلاد ی، سلول‌های خورشید ی سیلیکونی، فناوری غالب د ر بازار سلول‌های خورشید ی باشند  [۲]. د ر این فاصله، سایر فناوری‎های نوین د ر حال آماد ه سازی برای تجاری شد ن و رسید ن به بازار هستند . سلول‌های نانوساختار که د ر میان آنها سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای نیز هستند ، باتوجه به پتانسیل بالا نقش عمد ه‌ای د ر این زمینه خواهند  د اشت. د ر محافل علمی و تحقیقاتی، کار و پژوهش‌های فراوانی برای بهبود  عملکرد  سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای د ر حال انجام است. همگرایی نتایج این تحقیقات د ر آیند ه‌ای د ور یا نزد یک، منجر به جهش‌های فوق‌العاد ه د ر صنعت سلول‌های خورشید ی خواهد  شد . از این جمله، می‌توان به پروژه‌ای د ر د انشگاه مالایا اشاره کرد  که طی آن محققان بازد ه سلول‌های رنگد انه‌ای را ۱.۱۲د رصد  بهبود  بخشید ه‌اند  [۱۸]. همچنین د ر یک نمونه د یگر، محققان د انشگاه توکیو، با ایجاد  بهبود هایی د ر الکترولیت موجود  د ر یک سلول رنگد انه‌ای، باعث بهبود  بازد ه د ر این سلول شد ه‌اند  [۱۹].
شرکت‌ها و کمپانی‌های فراوانی نیز د ر زمینه تحقیق و ساخت سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای به فعالیت می‌پرد ازند . آیند ه این فناوری به گونه‌ای است که حتی برخی از این شرکت‌ها تمام ظرفیت علمی و صنعتی خود  را به این فناوری نوین اختصاص د اد ه و از کار بر روی فناوری نسل‌های پیشین خود د اری ورزید ه‌اند . از جمله شرکت‌های فعال د ر این زمینه می‌توان به DYESOL ، TDP، SONOTEK و dyenamo  اشاره کرد  (شکل ۸).

 ۵- جمع‌بند ی

همان‌طور که اشاره شد ، سلول‌های خورشید ی رنگد انه‌ای، به کمک فناوری نانو د ریچه‌ نوینی را د ر صنعت سلول‌های خورشید ی گشود ه‌اند . این د ست سلول‌ها، علاوه بر اینکه به نسبت سلول‌های رایج نظیر سیلیکونی یا لایه نازک که از مواد  گران قیمت ساخته می‌شوند ، بسیار ارزان‌تر هستند ، قابلیت د ستیابی به بازد ه‌های بسیار بالاتر را نیز به محققان می‌د هند . امروزه تمرکز اصلی مجامع علمی و تحقیقاتی و صنعتی بر این نسل از سلول‌های خورشید ی بسیار گسترد ه شد ه‌ است. باتوجه به پتانسیل بالای این سلول‌ها، پیش‌بینی می‌شود  که آیند ه‌ د رخشانی د ر زمینه‌ تجاری‌سازی د ر انتظار آنها باشد .

منابع

۱. Parida, Bhubaneswari, S.‎ Iniyan, and Ranko Goic.‎ “A review of solar photovoltaic technologies.‎” Renewable and sustainable energy reviews 15.‎3 (2011)‎: 1625-1636.‎
۲. Tyagi, V.‎ V.‎, et al.‎ “Progress in solar PV technology: Research and achievement.‎” Renewable and Sustainable Energy Reviews 20 (2013)‎: 443-461.‎
۳. Abdin, Z.‎, et al.‎ “Solar energy harvesting with the application of nanotechnology.‎” Renewable and Sustainable Energy Reviews 26 (2013)‎: 837-852.‎
۴. 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.‎
۵. El Chaar, L.‎, and N.‎ El Zein.‎ “Review of photovoltaic technologies.‎” Renewable and Sustainable Energy Reviews 15.‎5 (2011)‎: 2165-2175.‎
۶. 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.‎
۷. 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.‎
۸. http://iripo.ssaa.ir (پایگاه اطلاع رسانی مرکز مالکیت معنوی)
۹. http://autoir.com
۱۰. http://alef.ir/vdcfmxd0ew6d0ja.igiw.html?‎220437
۱۱. «نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی و روش‌های بهبود بازدهی»، شیما موسی‌خانی و همکاران، نشریه علمی-ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، ۲ (۱۳۹۲)، صص ۳-۸.
۱۲. «نانوکاتالیست‌های پیشرفته»، داود قرایلو، ماهنامه فناوری نانو، آبان ۱۳۹۳، شماره ۸، صص ۳۱-۴۲.
۱۳. Kasaeian, Alibakhsh, Amin Toghi Eshghi, and Mohammad Sameti.‎ “A review on the applications of nanofluids in solar energy systems.‎” Renewable and Sustainable Energy Reviews 43 (2015)‎: 584-598.‎
۱۴. Abdullah, Manal Midhat.‎ “Silicon Solar Cell Enhancement by Using Au Nanoparticles.‎” Int.‎ J.‎ Appl.‎ or Innov.‎ Engg and Mant 2.‎6 (2013)‎: 49-56.‎
۱۵. Xie, FengXian, et al.‎ “Improving the efficiency of polymer solar cells by incorporating gold nanoparticles into all polymer layers.‎” Applied Physics Letters 99.‎15 (2011)‎: 153304.‎
۱۶. http://www1.jamejamonline.ir/newstext2.aspx?newsnum=100811107264
۱۷. http://www.isna.ir/fa/news/93032714990
۱۸. http://cleantechnica.com/2014/04/29/dye-sensitized-solar-cells-continuin.‎.‎.‎
۱۹. Hara, Kohjiro, et al.‎ “Novel and efficient organic liquid electrolytes for dye-sensitized solar cells based on a Ru (II) terpyridyl complex photosensitizer.‎”Chemistry Letters 32.‎11 (2003)‎: 1014-1015.‎

 

۴۹