انرژی خورشیدی بدون شک یکی از دلنشین‌ترین منبع های تجدیدپذیر است. با منفعت گیری از سلول‌های فتوولتائیک ما می‌توانیم قوت بی‌نظیر خورشید را مهار و برق خانه‌هایمان را فراهم کنیم؛ اما این ایده رؤیایی در عمل با یک محدودیت فیزیکی بزرگ مواجه است. از همه انرژی بسیاری که ستاره ما به زمین می‌تاباند، پنل‌های جاری در بهترین حالت فقط می‌توانند نزدیک به ۳۳ درصد آن را به برق قابل منفعت گیری تبدیل کنند.

اکنون تیمی از دانشمندان در ژاپن و آلمان موفق شده‌اند با یک روش تازه این مشکل قدیمی را رفع و رکوردی شگفت انگیز ثبت کنند. این دستاوردی بی‌سابقه می‌تواند آینده تشکیل انرژی پاک را دگرگون کند.

رکورد تازه در بازدهی انرژی سلو‌ل‌های خورشیدی

سقف بازدهی سلول‌های خورشیدی با نام «محدودیت شاکلی-کوایسر» (Shockley-Queisser) شناخته می‌شود که برگرفته از نام دو فیزیکدانی است که برای اولین‌بار در سال ۱۹۶۱ آن را نظریه‌پردازی کردند. علت این محدودیت به قوانین ترمودینامیک بازمی‌گردد. نور خورشید همانند یک رنگین‌کمان گسترده از انرژی نوری به ما می‌رسد، اما ما فقط می‌توانیم قسمت باریکی از این طیف را به الکتریسیته تبدیل کنیم. مابقی این انرژی یا از پنل عبور می‌کند و یا به‌صورت گرمای اضافی از دست می‌رود.

بااین‌حال، اکنون فرایند تازه محققان می‌تواند این مانع را از بین بردارد. محققان دریافتند که اگر یک ترکیب خاص را با نور آبی پرانرژی (بخشی از طیف نوری که طبق معمولً نمی‌توانیم آن را به برق تبدیل کنیم) بمباران کنند، قادر خواهند می بود انرژی ورودی را به دو قسمت قابل منفعت گیری تقسیم کنند. آنها با منفعت گیری از روش نوآورانه خود توانستند به بازدهی تبدیل انرژی نزدیک به ۱۳۰ درصدی دست یابند؛ این بدان معناست که به ازای هر ۱۰۰ فوتون ورودی، آنها موفق به برداشت ۱۳۰ حامل انرژی قابل منفعت گیری شدند.

برای دستیابی به این پیروزی دیدنی، دانشمندان مولکول آلی تتراسن (Tetracene) را با عنصر فلزی مولیبدن (Molybdenum) ترکیب کردند. اگرچه دانشمندان پیش‌ازاین نیز از تتراسن برای مهار این نوع نور آبی پرانرژی منفعت گیری کرده بودند، اما مشکلات عملی مانع از تبدیل انرژی در طویل‌زمان می‌شد. به حرف های این تیم تحقیقاتی، اضافه‌شدن عنصر مولیبدن توانسته است این مشکل را به‌طور کامل رفع کند.

«یویچی ساساکی» (Yoichi Sasaki)، شیمیدان دانشگاه کیوشو و یکی از نویسندگان این مطالعه، درمورد این نوآوری گفت که برای عبور از محدودیت شاکلی-کوایسر دو استراتژی مهم وجود دارد. استراتژی اول، تبدیل فوتون‌های فروسرخ با انرژی پایین به فوتون‌های مرئی با انرژی بالاتر است. استراتژی دوم که در این تحقیق مورد بازدید قرار گرفته، منفعت گیری از اتفاق‌ای به نام شکافت منفرد برای تشکیل دو اکسایتون (Exciton) از یک فوتون واحد است.

یقیناً باید به این مسئله مهم دقت داشت که این آزمایش‌ها تا بحال فقط در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی انجام شده‌اند. کارآمدترین پنل‌های خورشیدی تجاری حاضر در بازار تا این مدت بازدهی در نزدیک به ۲۵ درصد دارند و این رقم به گمان زیادً در آینده نزدیک تحول چشمگیری نخواهد کرد.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال American Chemical Society انتشار شده است.