پروژه GRAPES Spearhead: پنل‌های پروسکایت گرافنی و آینده انرژی خورشیدی
پروسکایت‌ها دسته جدید و امیدوارکننده‌ای از مواد هستند، هر ماده کریستالی با ساختاری مشابه با فرمول ساختاری ABO3 پروسکایت در نظر گرفته می‌شود. این مواد در فناوری خورشیدی به کار می‌روند، اما اغلب با درجه بالایی از بی‌ثباتی و بهره‌وری پایین در مقیاس‌های صنعتی روبرو هستند.
چندین شرکت با همکاری پرچمدار گرافن (Graphene Flagship)، فناوری خورشیدی لایه‌ای را براساس گرافن و مواد مرتبط با آن معرفی کرده‌اند که نوید افزایش کارایی و ثبات فناوری پروسکایت لایه نازک را می‌دهد. هدف فعلی، استفاده از این فناوری گرافن-پروسکایت در پنل‌های خورشیدی بادوام است که پس از آن در شرایط دنیای واقعی مورد آزمایش قرار خواهد گرفت.
پنل‌های پروسکایت مبتنی بر گرافن
پنل‌های پروسکایت مجهز به گرافن توسط رسوب شیمیایی اعمال شده بر روی یک لایه، ایجاد می‌شوند. این فرآیند کاربرد آسان و همچنین نوید این فناوری، به ویژه در حوزه‌هایی که خواهان راهکارهای متنوع و سبک برای انرژی خورشیدی هستند، چشم انداز جذابی ایجاد کرده است. اگرچه طی چهار سال با افزایش بهره‌وری از ۱۲ درصد به بیش از ۲۳ درصد، سلول‌های پروسکایت پتانسیل فوق‌العاده‌ای را نشان داده‌اند، اما با افزایش اندازه پنل، بهره‌وری آن‌ها به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.
پایداری نیز مسئله پنل‌های پروسکایت مجهز به گرافن است. طولانی‌ترین طول عمر ثبت‌شده برای یک پنل پروسکایت در حدود ۱۲ ماه است که بسیار کوتاه‌تر از 25 سال عمر فناوری‌های متداول خورشیدی است.
پروژه GRAPES
به عنوان بخشی از پروژه GRAPES، تعیین رسمی دو مکان برای تست‌بد (testbed) کارخانه پروسکایت انجام خواهد داشت. هدف از این پروژه، پایان دادن به گزارش در زمینه تست میدانی موفقیت‌آمیز پنل‌های خورشیدی پروسکایت گرافنی و پتانسیل این ماده لایه‌ای جدید برای تولید پنل خورشیدی مقرون‌به‌صرفه است. این گزارش با صنعت گسترده‌تری به اشتراک گذاشته خواهد شد.
هدف از پروژه GRAPES، افزایش اثربخشی فتوولتائیک با استفاده از روش‌ها و تجهیزات قابل گسترش در مقیاس صنعتی است. رکورد کنونی برای تبدیل نور خورشید ۲۵ درصد است که با پنل‌های خورشیدی سیلیکونی در مقیاس صنعتی بدست آمده است. با این حال، سلول‌های سیلیکونی به آهستگی به حد بالایی خود نزدیک می‌شوند و به همین دلیل تلاش‌های تحقیقاتی بر روی مواد جدید متمرکز شده است. پروژه GRAPES از مواد سیلیکون، پروسکایت و گرافن استفاده می‌کند. ترکیبی از سیلیکون و پروسکایت به جذب طیف وسیعی از نور کمک می‌کند، در حالی که گرافن پایداری را بهبود می‌بخشد و از آن در برابر اثرات محیطی محافظت می‌کند.
این پنل‌ها با روش‌های اثبات‌شده تسریع‌شده طول عمر که در فضای باز و در شرایط دنیای واقعی اجرا می‌شوند، تست خواهند شد. تمرکز این تست‌ها، مشخص کردن امکان‌پذیری کاهش هزینه ترازشده انرژی به میزان کم‌تر از 20 یورو (24 دلار) در هر مگاوات است. در سال ۲۰۲۰، پروژه GRAPES از توسعه یک تکنیک انتقال کاملاً خشک برای ساخت سلول‌های پروسکایت گرافن تک لایه خبر داد که سطح بالایی از رسانایی و شفافیت را فراهم می‌کنند. این پروژه قادر به تشخیص مواد ضروری برای چندلایه‌سازی (lamination) پنل است که هم برای سلول‌های پروسکایت و هم سیلیکون بلورین مناسب خواهد بود.
این پروژه اعلام کرد که هدف از آن نصب پنل‌های پروسکایت مجهز به گرافن به مساحت ۲۰ متر مربع با بهره‌وری تبدیل بیشتر از ۲۳ درصد است، که برای عملکرد بهتر نسبت به قوی‌ترین پنل سیلیکون تجاری کافی است. این تست فضای باز با برجسته کردن پتانسیل این فناوری برای تولید پنل خورشیدی مقرون‌به‌صرفه به تجاری‌سازی سلول‌های پروسکایت-گرافن کمک خواهد کرد.
پروتکل‌های ارزیابی متداول برای ساخت دستگاه‌های پروژه‌های انرژی خورشیدی برای راهکارهای اصلی خورشیدی ایجاد شده‌است. در این روش‌ها از پروتکل‌های تست داخلی استفاده می‌شود که برای نشان دادن عملکرد در فضای باز کالیبره می‌شوند. در حالی که این روش‌ها برای فناوری‌های موجود قابل‌قبول هستند، اما ممکن است به طور دقیق عملکرد طولانی‌مدت سلول‌های پروسکایت در شرایط طبیعی و جدیدترین پروژه‌های فناوری خورشیدی را پیش‌بینی نکنند. پروتکل‌های تست که عملکرد بلندمدت را برای به دست آوردن اعتماد به راهکارهای خورشیدی پروسکایت به درستی پیش‌بینی می‌کنند، بسیار مهم هستند، که احتمالاً راه را برای سرمایه‌گذاری در تولید و تحقیقات بیشتر باز می‌کنند.
مزایای نوظهور در مبارزه علیه تغییرات اقلیمی
انتظار می‌رود راهکارهای گرافن نوظهور مورد استفاده در فتوولتائیک، راه را برای پنل‌های خورشیدی موثرتر و قابل اطمینان‌تر باز کند. این کار به تنهایی به مصرف و گسترش انرژی مقرون‌به‌صرفه، تجدیدپذیر و پاک خواهد انجامید. طی چند سال گذشته برای هم سیستم‌های پنل خورشیدی و هم توربین‌های بادی، کاهش چشمگیری در هزینه ترازشده انرژی (LCOE) دیده می‌شود. LCOE اصطلاحی است که برای توصیف متوسط هزینه تولید برق در تاسیسات در طول عمر آن استفاده می‌شود.
براساس داده‌های آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر، بین سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۹، LCOE برای خورشید به میزان ۸۲ درصد کاهش‌یافته است. این شاخص برای بادهای ساحلی تا ۳۹ درصد و برای بادهای دریایی تا ۲۹ درصد کاهش یافته است. این نوع کاهش، انرژی‌های تجدیدپذیر را بسیار رقابتی و حتی نسبت به ارزان‌ترین سوخت‌های فسیلی، ارزان‌تر می‌کند. تحقیق و توسعه مداوم، راهکارهای کارآمدتری را فراهم می‌کند، که به ما این امکان را می‌دهد که اهداف پیشگامانه‌تری را برای کاهش تغییرات اقلیمی محقق نماییم.
درباره نویسنده «برت اسمیت»
برت اسمیت (Brett Smith) نویسنده مستقل اهل آمریکا و دارای مدرک کارشناسی در رشته روزنامه‌نگاری از کالج ایالتی بوفالو است و ۸ سال سابقه کار در یک آزمایشگاه حرفه‌ای را دارد.
او در ابتدا زندگی حرفه‌ای خود را به عنوان یک تکنیسین آزمایشگاه در بخش خصوصی آغاز کرد. پس از آن متوجه شد که مهارت‌های ذاتی او بیشتر مناسب کار کردن با کلمات است تا اعداد. او مدرک روزنامه‌نگاری را دنبال کرد و پس از سال‌ها کار موفق در محیط آزمایشگاه، حرفه خود را به عنوان یک نویسنده مستقل شروع کرد. در نهایت، او توانست با تمرکز تخصص خود بر روزنامه‌نگاری علمی، غذا و فرهنگ کسب‌وکار مستقل خود را تأسیس کند.