تولید نسل چهارم سلول‌های خورشیدی با الهام از فتوسنتز گیاهان در کشور

پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت ایران با همکاری انستیتو بیوفیزیک-بیوشیمی دانشگاه تهران با الهام گرفتن از فرایند فتوسنتز گیاهان و استفاده از پروتئین‌ موجود در گیاه اسفناج سلول‌های خورشیدی بیوهیبریدی را در کشور تولید کردند که به اعتقاد آنها به نسل چهارم سلول‌های خورشیدی تعلق دارد.

کد خبر: ۸۷۷۳۳

تاریخ: ۲۹ شهريور ۱۳۹۴ - ۱۵:۳۵

یکی از انواع سلول‌های خورشیدی نسل سوم که با استفاده از مواد آلی ساخته می‌شوند و به سلول‌های خورشیدی آلی موسوم هستند، هنوز از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی پیشرفته جهان خارج نشده‌اند. با این وجود به نظر می‌رسد نسل چهارم سلول‌های خورشیدی که در ساخت آنها از سلول‌های پروتئینی استفاده شده، به دنیای علم معرفی شده است.

پژوهشگران آزمایشگاه لایه نازک دانشکده فیزیک دانشگاه علم و صنعت ایران اعلام کردند که با همکاری پژوهشگران انسیتو بیو فیزیک- بیو شیمی دانشگاه تهران، برای ساخت سلول خورشیدی جدید از پروتئین موجود در گیاه اسفناج موسوم به فتوسیستم ۱ به همراه مواد آلی استفاده کرده‌اند، این در حالی است که آخرین فعالیت‌های دانشمندان جهان در زمینه ساخت سلول‌های آلی، عمدتاً بر پایه پلیمرهای آلی بوده است.

دکتر رسول اژئیان می‌گوید: به نظر من نسل چهارم سلول‌های خورشیدی متولد شده است.

فتوسنتز یک عمل حیاتی در گیاه است که در بخشی از آن پروتئینی به نام فتوسیستم۱ به همراه پروتئین فتوسیستم۲ با جذب نور خورشید موجب برانگیختگی تولید و انتقال الکترون‌ها در گیاه می‌شوند.

مهندس طلیعه سادات غیاثی، مجری پروژه می‌گوید: بخشی از فتوسنتز در واقع همان چیزی است که ما به دنبال آن هستیم تا در سلول‌های خورشیدی اتفاق بیفتد، پس به این فکر افتادیم که این بخش را از گیاه جدا کرده و از آن استفاده کنیم.

در این پروژه از پروتئین موجود در گیاه اسفناج استفاده شده که کار استخراج آن در آزمایشگاه نئوارگانیک انستیتو بیوفیزیک- بیوشیمی دانشگاه تهران و با همکاری دکتر غلامحسین ریاضی، سرپرست این آزمایشگاه صورت گرفته است. البته استفاده از پروتئین در خارج از برگ گیاه بدون چالش نیست. چنانکه مهندس غیاثی می‌گوید: اگرچه بازده نهایی آن زیاد نیست، اما فرایند جذب نور، برانگیختگی، تولید و انتقال حامل‌های بار (الکترون) در داخل گیاه، راندمان بسیار بالایی دارد و همین امر، پروتئین را برای ما ارزشمند می‌کند تا آن را در سلول خورشیدی استفاده کنیم؛ اما پروتئین در خارج از گیاه بسیار ناپایدار است و از بین می‌رود که این یک چالش جدی بر سر راه پروژه محسوب می‌شود.

با وجود چالش‌های موجود راندمان بالای فتوسنتز در طبیعت دانشمندان را به این باور رسانده که قابلیت ساخت سلول‌های خورشیدی بسیار پربازده در آینده وجود خواهد داشت؛ به گونه‌ای که دکتر ریاضی در این باره می‌گوید: سلول‌های خورشیدی ساخته شده با پروتئین نیز ظرفیت این را خواهند داشت که با بازدهی بسیار بالاتر از سلول‌های خورشیدی دیگر کار کنند.

سلول‌های خورشیدی ارگانیک که به تازگی از محبوبیت بالایی در میان دانشمندان برخوردار شده‌اند نیز از مشکلات دیگری رنج می‌برند و هنوز نتوانسته‌اند در بازدهی، به خوبی سلول‌های خورشیدی قدیمی سیلیکونی عمل کنند. با این وجود، هزینه پایین مواد اولیه و عدم آلودگی فرایند تولید این مواد و همچنین قابلیت تولید سلول به روش چاپ کردن، انعطاف پذیری سلول و سهولت استفاده از آن موجب شده تا فعالیت‌های تحقیقاتی بسیاری در دنیا برای توسعه این سلول‌های خورشیدی انجام پذیرد.

به گفته دکتر اژئیان، هر چند اولین نمونه‌های ساخته شده سلول‌های خورشیدی پروتئینی از ارگانیک‌ها بازدهی پایین‌تری دارند؛ اما علاوه بر انعطاف پذیری و عدم آلودگی در تولید مواد اولیه، پسماندهای آنها نیز به سرعت در طبیعت جذب شده و باز هم به کاهش آلودگی زیست محیطی کمک می‌کنند. چنین قابلیت‌هایی باعث شده تا این استاد دانشگاه اظهار کند: آینده در اختیار سلول‌های خورشیدی ارگانیک و پروتئینی خواهد بود.

دانشمندان دانشگاه‌های تهران و علم و صنعت خبر ساخت سلول خورشیدی بیوهیبریدی را در حالی اعلام کرده‌اند که با فاصله کوتاهی پیش از آن دانشمندان هلندی نتایج کاری مشابه را در مجله Advance material منتشر کرده بودند. این نتایج نشان می‌داد آنها برای اولین بار در جهان موفق به ساخت سلول خورشیدی حالت جامد با پروتئین استخراج شده از نوعی باکتری (سیانو باکتری) شده‌اند که بازدهی پایینی داشته است. با این وجود نتایج تیم تحقیقاتی ایرانی نیز حاکی از موفقیت محققان ما در زمینه ساخت این نوع از سلول‌ها بوده است. آزمایش‌های انجام شده نشان داده است که بازده سلول خورشیدی پروتئینی ساخته شده در دانشگاه علم و صنعت قابل مقایسه و در رقابت با این نوع از سلول‌های ساخته شده در سطح دانشگاه‌های مطرح جهان است.