خاصیت جادویی گوجه فرنگی و کاربرد غیرمنتظره اش - ایران کلام

به گزارش ایران کلام، ایسنا نوشت: گروهی از محققان به تازگی اعلام نموده اند رنگدانه موجود در گوجه فرنگی(لیکوپن) ممکن است کلید افزایش کارایی پنل های خورشیدی باشد. لیکوپن هم دوام و هم کارایی پنل های خورشیدی پروسکایت را افزایش می دهد.

یکی از معایب اصلی انرژی خورشیدی در راندمان متفاوت پنل های خورشیدی نهفته است. اصطلاحات بازده پنل خورشیدی و بازده سلول خورشیدی به مقدار نور خورشیدی که هر فناوری فتوولتائیک می تواند به انرژی قابل استفاده تبدیل کند، اشاره دارد.

به طور معمول، راندمان سلول های خورشیدی بسته به مکان، آب و هوا و سایر شرایط طبیعی و نوع سیستم انرژی خورشیدی مورد استفاده از 15 تا 22 درصد متغیر است. هر چند در چند سال اخیر، پیشرفت های لازم در فناوری فتوولتائیک به افزایش رقم آن یاری نموده است.

در سال 2022، یکی از باورنکردنی ترین اکتشافات در این زمینه به تیمی از محققان چینی مربوط می گردد که اخیرا دریافته اند لیکوپن(رنگدانه ای که گوجه فرنگی را قرمز می نماید) می تواند کارایی سلول های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت(Perovskite solar cell) را از 20.57 درصد به 23.62 درصد افزایش دهد.

لیکوپن یک آنتی اکسیدان است که گوجه فرنگی را قرمز می نماید اما از پوست آن در برابر اشعه فرابنفش نیز محافظت می نماید. زمانی که لیکوپن روی پنل های خورشیدی پروسکایت اعمال می گردد، می تواند آنها را از تخریب ناشی از اشعه فرا بنفش محافظت کند و دوام آنها را افزایش دهد. این رنگدانه بعلاوه جریان الکتریکی را در صفحات خورشیدی پروسکایت بهبود می بخشد.

چگونه کارایی پنل خورشیدی را بهبود بخشیم؟

لیکوپن یک آنتی اکسیدان طبیعی است. به این ترتیب، اکسیداسیون(واکنش شیمیایی مسئول رادیکال های آزاد) را مهار می نماید. رادیکال های آزاد یون ها، اتم ها یا مولکول هایی هستند که تعداد الکترون های آنها یکنواخت نیست. این آنها را ناپایدار می نماید و می توانند واکنش هایی را فعال نمایند که دی.ان.ای را تغییر می دهد و باعث آسیب سلولی در موجودات زنده می گردد.

لیکوپن به رادیکال های آزاد فراوری شده به وسیله تابش فرابنفش خورشید متصل می گردد و آنها را پایدارتر می نماید. به این ترتیب، این رنگدانه با کاهش آسیب سلولی در بافت پوست، از گوجه فرنگی و سایر میوه های قرمز در برابر اشعه فرا بنفش محافظت می نماید.

با دانستن این موضوع، محققان چینی این فرضیه را مطرح کردند که لیکوپن می تواند مقدار تخریب پنل های خورشیدی پروسکایت فراوری شده به وسیله اشعه فرابنفش را کاهش داده و دوام آنها را افزایش دهد.

پس از آزمایش ها، آن ها دریافتند که لیکوپن مرزهای دانه را غیرفعال می نماید(رابط بین دو دانه یا کریستالیت ها در مواد پلی کریستالی)، بلورینگی و شفافیت را بهبود می بخشد و تراکم تله های الکترونی که در مجموع باعث افزایش جریان الکتریکی در پنل های خورشیدی می گردد را کاهش می دهد و بنابراین کارایی آنها نیز افزایش می یابد.

با این حال، این اولین بار نیست که دانشمندان پیروز به بهبود کارایی صفحات خورشیدی پروسکایت می شوند. در آوریل 2021، گروهی از دانشگاه سیتی هنگ کنگ، فروسن (ferrocenes) یک ترکیب آلی فلزی مبتنی بر آهن را که برای اولین بار در سال 1951 در دانشگاه دوکسن تهیه شد، به سلول های خورشیدی پروسکایت اضافه کردند و کارایی آنها را تا 25 درصد افزایش دادند و در عین حال تست پایداری مشخص شده به وسیله کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی سلول های خورشیدی را نیز گذراندند.

در سپتامبر همان سال، محققان هلندی یک دستگاه چهار پین پروسکایت-سیلیکون پشت سر هم ساختند که از مخلوط سلول های خورشیدی سیلیکونی با سلول های خورشیدی پروسکایت برای استخراج انرژی از نور مرئی و طیف مادون قرمز(به وسیله سلول های خورشیدی سیلیکونی) به علاوه طیف فرابنفش(به وسیله سلول های خورشیدی پروسکایت) استفاده می کرد. این دستگاه به نرخ بازدهی 30.1 درصد دست یافت.

در خصوص پنل های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون، یکی از راه های بهبود کارایی آنها، افزودن لایه های نازک پروسکایت یا سایر مواد جاذب نور(مانند اکسید سیلیکون) است. راه دیگر قرار دادن بازتابنده های آینه در زوایای خاص در نزدیکی صفحات خورشیدی است تا به آنها یاری کند نور خورشید بیشتری را جذب نمایند.

علاوه بر این، عدسی های فرنل(Fresnel lenses) می توانند به عنوان متمرکز نماینده های خورشیدی برای ساخت پنل های خورشیدی استفاده شوند که به معنای واقعی کلمه نور خورشید دریافتی را روی سلول های خورشیدی خود متمرکز می نمایند.

عدسی فرسنل(Fersnel Lens) نوعی عدسی است که در اصل به وسیله یک فیزیکدان فرانسوی به نام آگوستن-ژان فرسنل برای فانوس های دریایی ساخته شد. طراحی آن به گونه ای است که امکان فراوری لنزهایی با دهانه بزرگ و فاصله کانونی کوچک را فراهم می نماید، بدون اینکه نیازی به جرم و حجمی از ماده که در لنزهای سنتی استفاده می گردد باشد. در مقایسه با لنزهای سنتی حجیم، عدسی فرسنل بسیار نازک تر، بزرگ تر و مسطح تر است و نور مایل بیشتری را از منبع جذب می نماید؛ بنابراین این امکان را فراهم می آورد که فانوس های دریایی از فاصله های بسیار دور رویت پذیر باشند.

5858