جایزه ملکه الیزابت برای بانیان انقلاب صفحات خورشیدی

چهار متخصص ممتاز که مسئول توسعه سلول‌های خورشیدی هستند که بازدهی آنها جهش زیادی کرده است، برنده جایزه ملکه الیزابت در رشته مهندسی شده‌اند.

مارتین گرین، اندرو بلِیکرز، جیانهوا ژائو و آیهوا وانگ فناوری موسوم به «پِرک» (Perc) را طراحی کردند.

این فناوری سرمنشا انقلابی در صفحات خورشیدی شد که اکنون در ۹۰ درصد این تجهیزات در جهان تعبیه می‌شود.

یک جایزه ۵۰۰ هزار پوندی و یک نشان افتخار در مراسمی به این چهار نفر اعطا خواهد شد.

لرد براون رئیس جایزه ملکه الیزابت در رشته مهندسی گفت: «برندگان ما کاری فوق العاده‌ کردند، که همان افزایش بازدهی صفحات خورشیدی برای تولید برق از نور بودپ؛ تغییری واقعا چشمگیر.»

او به بی‌بی‌سی گفت: «آنها با این پیشرفت تولید برق را از ۱۶-۱۷ درصد به حدود ۲۵ درصد رساندند که جهش بزرگی است.»

امروز درحالی که جهان سعی دارد سوخت های فسیلی را ترک کند، نصب نیروگاه‌های خورشیدی سرعت فوق‌العاده‌ای گرفته است. برخی تخمین‌ها حاکیست که تا دهه ۲۰۳۰، ظرفیت تولید برق از نور خورشید بیش از زغال، نفت، گاز، هسته ای و برق‌آبی روی هم رفته خواهد بود.

زمانی که مارتین گرین بعد از بحران بهای نفت در دهه ۱۹۷۰ شروع به تحقیق درباره انرژی خورشیدی کرد، سلول‌های خورشیدی عمدتا در ماهواره‌ها به کار گرفته می‌شد.

هزینه نصب این فناوری روی بام خانه‌ها در آن زمان از قیمت خانه خیلی بیشتر می‌شد.

اما پشتکار پروفسور گرین به انقلابی دامن زد. او، اندرو بلِیکرز، جیانهوا ژائو و آیهوا وانگ در آزمایشگاه خود در دانشگاه نیو سات ولز استرالیا نه فقط توانستند بازدهی این سلول‌ها را افزایش دهند بلکه فرآیند ساخت آنها را نسبتا ساده کردند.

فتون‌ها – یا ذرات نور – با ورود به سلول خورشیدی به اتم‌های سیلیکون برخورد و الکترون‌ها را آزاد آزاد می‌کنند که باعث به جریان افتادن برق می‌شود. فناوری «پرک» توانایی الکترون‌ها برای ادغام مجدد در اتم ها را کاهش می‌دهد و به علاوه فتون‌های بیشتری را به کار می‌گیرد.

پروفسور بلیکرز به یاد می‌آورد: «به طور سنتی، سطح پشتی صفحات فقط یک لایه فلز آلومینیوم داشت که مستقیما روی آن چاپ می‌شد، بنابراین نور را خوب منعکس نمی‌کرد. به علاوه الکترون‌هایی که به صفحه پشتی نزدیک می‌شدند جذب آن می شدند.»

«جایگزین کردن آن فلز خام تیره با یک روکش پیشرفته به حل هر دو این مشکلات کمک کرد و به بهبود قابل توجه بازدهی منجر شد.»

ویژگی‌های مناسب برای سطح زیرین در موادی مثل دی اکسید سیلیکون، اکسید آلومینیوم و نیترید آلومینیوم پیدا شد.

این صنعت در سال ۲۰۱۲ شروع به تعبیه فناوری «پرک» در محصولات خود کرد، به طوری که تا سال ۲۰۱۸ کاملا نهادینه شد. در این میان چین به کانون تولید این نوع صفحات بدل شد.

به گفته «آی ای اِی» (آژانس بین‌المللی انرژی) حیرت انگیز اینکه از هر هفت صفحه خورشیدی که در جهان تولید می‌شود، یکی از آنها محصول یک مرکز واحد در چین است.

برتری این کشور را می‌توان به پای دکتر ژائو و دکتر وانگ و دیگر دانشجویان چینی نوشت که در آزمایشگاه پروفسور گرین مطالعه و تحقیق می‌کردند و بعدا برای راه اندازی صنایع تولیدی به چین بازگشتند.

دکتر ژائو گفت: «ما جزو اولین کسانی بودیم که تولید پرک را شروع کردیم. بیشتر تولید در دو استان انجام می‌شود. برتری چین در این زمینه به هزینه مربوط می‌شود؛ تولید صفحات خورشیدی در آنجا بسیار ارزان تر است.»

بازدهی سلول‌های تجاری – میزان برقی که از نور تولید می‌شود – ۲۲ تا ۲۳ درصد است. حداقل بازدهی از لحاظ عملی حدود ۲۹٪ است.

پروفسور گرین هم اکنون در حال آزمایش «ماژول‌های سلولی» است که در آن یک لایه از مواد روی سیلیکون چیده شده تا نور را در طیف‌هایی که به طور عادی از دست می‌رود، جذب و تبدیل به برق کند.

او به بی‌بی‌سی نیوز گفت: «رکورد جهانی بازدهی که ما در ماژول سلولی خود به آن دست یافته‌ایم ۴۰.۶ درصد است. اما به کار گیری این روش به طوری که تولید آن ارزان تمام شود فعلا ممکن نیست. در حال حاضر علاقه زیادی به ماده‌ای به نام پروفسکایت – یک ماده معدنی رایج – وجود دارد، اما سلول‌های آنها از عناصر سنگین مانند سرب ساخته می‌شود. مشکل دیگر این است که این سلو‌ ها به اندازه سیلیکون پایدار نیستند.»

آژانس بین‌المللی انرژی پیش‌بینی می‌کند ظرفیت برق تولیدی از خورشید در جهان در فاصله سال‌های ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۷ تقریبا سه برابر شود. در حال حاضر نیمی از نیروگاه‌های برق تازه که راه اندازی می شوند خورشیدی هستند.

با این حال پروفسور آلن فینکل، مشاور ارشد علمی سابق دولت استرالیا، معتقد است «تغییر سیستم انرژی سخت ترین چالش اقتصادی است که بشر در تاریخ خود با آن روبروست.»

«انرژی خورشیدی منبع فوق‌العاده‌ای از انرژی پاکیزه است که نه فقط برای کشورهای پیشرفته بلکه برای کشورهای کمتر توسعه‌یافته هم اهمیت دارد. استقرار یک شبکه کوچک متکی بر انرژی خورشیدی آسان‌تر از کشیدن یک خط انتقال برق از شبکه ای است که از یک ژنراتور زغال سنگی انرژی می‌گیرد. انرژی خورشیدی ارزان، قابل اعتماد و بادوام است و ترک سوخت‌های فسیلی را آسان خواهد کرد.»

پروفسور گرین قبلا برنده «جایزه جهانی انرژی»، «جایزه ژاپن» و «جایزه فناوری هزاره» شده است. بیش از ۱۲۰ دانشجوی از جمله اندرو بلیکرز، جیان‌هوا ژائو و آیهوا وانگ زیر نظر او دکتری گرفته اند.