کلمات کلیدی: رنگ خورشیدی؛ نانو ذرات؛ فوتو ولتائیک؛ کوانتوم دات.
امروزه جایگزینی سوخت‌های فسیلی با دیگر سوخت‌های پاک نظیر انرژی الکتریکی یکی از اصلی‌ترین چالش‌های موجود در حوزه‌ی انرژی به شمار می‌رود. با توجه به اهمیت روزافزون انرژی خورشیدی به‌عنوان یک انرژی در دسترس و تجدیدپذیر، تولید انرژی الکتریکی بر مبنای خاصیت فوتو ولتائیک توجه بسیاری از محققین را به خود اختصاص داده است. در این میان رنگ‌های خورشیدی، با قابلیت اعمال ارزان قیمت روی کلیه‌ی سطوح رسانا، پنجره‌ای جدید را بر پایه‌ی استفاده از کوانتوم دات‌ها و نانوذرات، در قالب یک رنگ نانوکامپوزیت، در زمینه‌های سلول‌های خورشیدی گشوده است. با این وجود اصلی‌ترین چالش موجود در این زمینه بازده بسیار پایین رنگ‌های خورشیدی است که در کاربردهای نیمه‌صنعتی به زیر 1 درصد کاهش می‌یابد. این در حالی است که در کاربردهای آزمایشگاهی مقادیر بسیار بیشتری برای این رنگ‌ها به‌ثبت رسیده است. بر این اساس طراحی و ساخت یک رنگ خورشیدی ارزان قیمت بر پایه‌ی نانوذرات با قابلیت اعمال آسان و پیوسته (roll-to-roll) از اصلی‌ترین نیازهای موجود در حوزه‌ی انرژی‌های تجدید پذیر خواهد بود.
هدف:
تهیه‌ی رنگ‌های خورشیدی با قابلیت اعمال روی سطوح رسانا مختلف نظیر بدنه‌ی خودرو و بخش‌های مختلف ساختمانی جهت تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی.
کاربرد محصول:
تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی.
مشخصات فنی اجباری محصول نهایی:
· بازده بیش از 1 درصد؛
· قابلیت تولید پیوسته (roll-to-roll)؛
· پایداری مناسب (عدم افت خواص بیش از 15 درصد پس از 1000 ساعت تابش مداوم)؛
· عدم افت خواص در نتیجه‌ی تماس با رطوبت بالا (بیش از 20 درصد پس از 1000 ساعت تابش مداوم)؛
· عدم افت خواص در نتیجه‌ی افزایش دما (بیش از 15 درصد پس از 1000 ساعت تابش مداوم).
مشخصات فنی اختیاری محصول نهایی:
· استفاده از رنگ‌های پایه آب به جای پایه حلال، با توجه به مخاطرات زیست محیطی بسیاری از حلال‌های آلی؛
· عدم تغییر دیگر خواص رنگ نظیر مستعد شدن در برابر خوردگی، چسبندگی به زیرلایه.
مشخصات جزء نانومتری:
· نانوذرات TiO2 لایه نشانی شده با کوانتوم دات‌هایی نظیر CdS یا CdSe؛
· کلوئید نانوذرات TiO2 در کنار CdS یا CdSe.
چالش‌ها و محدودیت‌ها:
اصلی‌ترین چالش موجود جدید بودن تکنولوژی رنگ‌های خورشیدی و عدم وجود محصول تجاری در بازار جهانی است. مهمترین سد موجود در برابر تجاری شدن این محصول بازده پایین آن در مقایسه با سلول‌های سیلیکونی مرسوم است. از طرف دیگر کاهش هرچه بیشتر قیمت این محصول جهت توجیه‌پذیر کردن کاربرد تجاری آن (با توجه به بازده پایین آن) امری ضروری به نظر می‌رسد. بازار این محصول به ساختمان‌ها و صنعت خودروسازی محدود می‌شود. تحت این شرایط فروش محصول به‌عنوان رنگ بدنه‌ی خودرو با چالش کسب رضایت خودرو سازان روبرو خواهد شد. همچنین وجود ساختمان‌های با زیرساخت مناسب جهت ایجاد بستر رنگ و اعمال متعاقب آن از دیگر چالش‌های موجود جهت تجاری سازی محصول است.
تجهیزات کلیدی مورد نیاز برای طرح:
دستگاه شبیه‌ساز نور خورشید با قابلیت تابش مدام مجهز به سیستم کنترل اتمسفر و دما؛
تجهیزات مربوط به ساخت کوانتوم دات بر حسب نوع روش سنتز موردنظر.
نکات مهمی که لازم است طی انجام طرح در نظر گرفته شود:
طرح مذکور بسیار جدید بوده و این امکان وجود دارد که در طول طرح مطالب علمی جدیدی در رابطه با موضوع مربوطه توسط دیگر محققان گزارش شود که می‌تواند روند کار را تحت الشعاع یا مسیر آن‌را تغییر دهد. در حال حاضر توسط چندیدن شرکت در این زمینه سرمایه‌گذاری میلیون دلاری انجام گرفته است. با این وجود این محصول هنوز از بازار تجاری فاصله دارد. از این‌رو رصد دائمی گزارش‌های مرتبط با موضوع این طرح امری ضروری است. بر این اساس امکان تغییر در مواد مورد استفاده یا روش تولید محصول در طی انجام آن، وجود دارد که توجه به این نکته ضروری است.