دستاورد محققان ژاپنی: پنل‌های خورشیدی فوق‌نازکی که می‌توان آن‌ها را پوشید!

کارکنان نمایشگاه اکسپو ۲۰۲۵ در اوکازا ژاپن، برای مقابله با گرما، از جلیقه‌های کاربردی استفاده می‌کنند که با انرژی خورشیدی کار می‌کنند!

به گزارش CNN، این جلیقه‌های نوآورانه توسط شرکت تویودا گوسِی (از زیرمجموعه‌های گروه تویوتا) و با همکاری استارت‌آپ فناوری سلول خورشیدی Enecoat Technologies و شرکت نساجی Seiren طراحی و تولید شده‌اند. در ساخت این جلیقه‌ها از پنل‌های خورشیدی فوق‌نازک و انعطاف‌پذیری استفاده شده که وزن هرکدام کمتر از چهار گرم است – سبک‌تر از یک برگ کاغذ – و نیروی لازم برای راه‌اندازی پنکه‌های گردنی را تأمین می‌کنند تا بدن فرد خنک بماند.

این پنل‌های خورشیدی که به‌صورت فیلم‌های خورشیدی ساخته شده‌اند، با پنل‌های سیلیکونی معمولی که روی پشت‌بام خانه‌ها یا در مزارع خورشیدی نصب می‌شوند و ۹۸ درصد از بازار انرژی خورشیدی جهان را در اختیار دارند، تفاوت دارند. این پنل‌ها با ساختار پروسکایت ساخته شده‌اند.

پنل‌های خورشیدی فوق‌نازک با ساختار پروسکایت

سلول‌های خورشیدی پروسکایتی سبک‌تر، ارزان‌تر برای تولید هستند و قابلیت تنظیم برای جذب طیف گسترده‌تری از نور (نور مرئی و مادون‌قرمز نزدیک) را دارند. «شینیچیرو فوکی»، مدیر تیم تویودا گوسِی که مسئول طراحی این جلیقه است، می‌گوید: «این سلول‌ها حتی در سایه، هوای بارانی و ابری نیز قابل شارژ شدن هستند.»

در آزمایشگاه، فیلم خورشیدی شرکت Enecoat به بازده ۲۱.۲ درصد دست یافته است؛ این یعنی حدود یک‌پنجم انرژی خورشیدی جذب‌شده در این فیلم‌های خورشیدی به برق تبدیل می‌شود. اکنون این فناوری در شرایط واقعی و در محل برگزاری اکسپو مورد آزمایش قرار گرفته است.

تیم سازنده به‌صورت روزانه داده‌هایی درباره عملکرد این فیلم خورشیدی در برابر شرایط مختلف اقلیمی، مانند تابش خورشید و دما، جمع‌آوری می‌کند. همچنین عملکرد باتری قابل‌حملی که به آن متصل است نیز بررسی می‌شود؛ طبق پیش‌بینی‌ها، این باتری در مدت زمان پنج تا ده ساعت به‌طور کامل شارژ می‌شود.

به گفته فوکی، این پروژه «اولین ابتکار در جهان» برای ادغام سلول‌های خورشیدی پروسکایتی در لباس‌های پوشیدنی است: «امیدواریم کسانی که در محیط‌هایی کار می‌کنند که دسترسی آسانی به منبع برق ندارند، بتوانند از این جلیقه‌ها استفاده کنند و آن را بپوشند.»

پروسکایت‌ها می‌توانند به‌صورت طبیعی در طبیعت یافت شوند یا در آزمایشگاه ساخته شوند، و استفاده از آن‌ها در سلول‌های خورشیدی نخستین‌بار در سال ۲۰۰۹ توسط پژوهشگران ژاپنی به نمایش گذاشته شد. در شرایط آزمایشگاهی، پروسکایت‌ها به راندمان تبدیل انرژی بالای ۲۶ درصد دست یافته‌اند (تقریباً هم‌سطح با بهترین پنل‌های خورشیدی سیلیکونی حال حاضر جهان که اکنون به سقف بهره‌وری خود نزدیک شده‌اند).

«تاموتسو هوریوچی»، مدیر و مدیر فناوری شرکت Enecoat Technologies، می‌گوید یکی از بزرگ‌ترین مزایای پروسکایت‌ها توانایی آن‌ها در «تولید برق در محیط‌های داخلی یا نور کم» است:

«در فضای داخلی، به‌جای نور خورشید، از نور چراغ‌های LED، فلورسنت یا منابع نوری مشابه برای تولید برق استفاده می‌شود و چون پروسکایت‌ها انعطاف‌پذیرتر و سبک‌تر از پنل‌های سیلیکونی هستند، می‌توانیم پنل‌های خورشیدی را حتی در مکان‌هایی نصب کنیم که قبلاً امکان‌پذیر نبود. برای مثال، سقف‌هایی که توان تحمل وزن پنل‌های سیلیکونی را ندارند؛ پنل‌هایی که وزن آن‌ها می‌تواند تا حدود ۲۳ کیلوگرم برسد.»

سایر دستاوردهای اکسپو ۲۰۲۵ اوکازا

جلیقه‌های خورشیدی تنها نمونه کاربردی پروسکایت‌ها در نمایشگاه اکسپو نیستند. شرکت لهستانی Saule Technologies سلول‌های خورشیدی خمیده‌ای را در «تیرهای برق هوشمند» نصب کرده که وظیفه تأمین برق چراغ‌های خیابانی، دوربین‌های امنیتی، تابلوهای دیجیتال و سیستم‌های شارژ بی‌سیم را بر عهده دارند.

همچنین شرکت ژاپنی Sekisui Chemical فیلم خورشیدی یک‌میلی‌متری خود را روی سقف ایستگاه اتوبوس نمایشگاه نصب کرده و به نمایش گذاشته است.

در پاویون گروه پاناسونیک در نمایشگاه اکسپو، سلول‌های خورشیدی پروسکایتی که میان لایه‌هایی از شیشه قرار گرفته‌اند تا دوام بیشتری داشته باشند، به نمایی هنری تبدیل شده‌اند تا ظرفیت زیبایی‌شناختی این فناوری نوین را به نمایش بگذارند. «یوشی‌ترو هارا»، مدیر فنی پاویون پاناسونیک در اکسپو ۲۰۲۵ اوزاکا، می‌گوید: «نصب پنل‌های خورشیدی فعلی (سیلیکونی) در فضای زندگی روزمره دشوار است. ما باید میان طراحی و بازده تولید انرژی تعادل برقرار کنیم.»

گروه پاناسونیک، شهرهای آینده را با پنل‌های خورشیدی سبک پروسکایت به تصویر می‌کشد.

پرقدرت اما کم‌دوام؛ چالش‌های ساختارهای پروسکایت

ژاپن سرمایه‌گذاری گسترده‌ای روی فناوری پروسکایت انجام می‌دهد تا به اهداف بلندپروازانه خود برای تولید ۲۰ گیگاوات انرژی خورشیدی تا سال ۲۰۴۰ دست یابد. این مقدار معادل توان تولیدی حدود ۲۰ نیروگاه هسته‌ای معمولی است.

این کشور دومین تولیدکننده بزرگ یُد در جهان است که عنصری کلیدی در ساخت سلول‌های پروسکایتی محسوب می‌شود. همچنین، با توجه به کوهستانی بودن بخش بزرگی از سرزمین ژاپن و نبود زمین‌های مسطح وسیع، توسعه مزارع خورشیدی سنتی در این کشور با محدودیت مواجه است. ازاین‌رو، پروسکایت‌ها به‌عنوان گزینه‌ای سبک، منعطف و قابل‌نصب در فضاهای متنوع، توجه دولت ژاپن را به خود جلب کرده‌اند.

بااین‌حال، با وجود همه مزایا، پروسکایت‌ها نسبت به سیلیکون در برابر گرما، رطوبت یا پرتو فرابنفش سریع‌تر تجزیه می‌شوند و ممکن است کارایی خود را تنها طی چند سال، چند ماه یا حتی چند هفته از دست بدهند.

دکتر «هاشینی پررا»، پژوهشگر فوق‌دکتری در مؤسسه فناوری‌های پیشرفته دانشگاه ساری Surrey، می‌گوید: «درحال‌حاضر همه پژوهشگران روی یک چیز تمرکز دارند: پایداری. این تنها چیزی است که پروسکایت‌ها در مقایسه با سیلیکون کم دارند.»

پررا توضیح می‌دهد که پژوهشگران درحال بررسی راه‌های مختلفی برای افزایش دوام پروسکایت‌ها هستند؛ ازجمله افزودن «عوامل پایدارکننده» یا محصور کردن فیلم خورشیدی در لایه‌های محافظ مانند شیشه. او می‌افزاید که تحقیقات اخیرش به روشی منتهی شده که می‌تواند طول عمر این ماده را تا ده برابر افزایش دهد.

یکی دیگر از چالش‌های پروسکایت‌ها این است که حاوی سرب هستند که عنصری سمی به شمار می‌رود. مطالعات نشان داده‌اند در صورت آسیب‌دیدگی پروسکایت‌ها، این موضوع می‌تواند خطراتی برای محیط زیست ایجاد کند. بااین‌حال به گفته پررا، احتمال نشت سرب بسیار پایین است؛ به‌ویژه در صورت استفاده از روش‌های محصورسازی مقاوم و پیشرفته.

چشم‌انداز آینده

درحالی‌که سلول‌های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت به‌تنهایی ممکن است هنوز راه درازی تا تجاری‌سازی گسترده داشته باشند، این ماده درحال‌حاضر توانسته به بهبود پنل‌های موجود کمک کند. سال گذشته، شرکتOxford PV که از دل گروه فیزیک دانشگاه آکسفورد شکل گرفته، نخستین پنل‌های تجاری ترکیبی پروسکایت-بر-سیلیکون را در آمریکا عرضه کرد که تا ۲۰ درصد انرژی بیشتری نسبت به پنل‌های سیلیکونی معمولی تولید می‌کنند.

پررا می‌گوید: «این یک گام بسیار بزرگ برای پروسکایت‌هاست.» هوریوچی، مدیر ارشد فناوری شرکت Enecoat نیز می‌گوید که توانایی پروسکایت برای تولید انرژی در بافت شهری و نزدیک به محل مصرف، می‌تواند شهرهای آینده را کارآمدتر کند:

«استفاده از برقی که درست همان‌جا (در محل) تولید می‌شود برای تأمین انرژی همان ساختمان، کارآمدتر است. این موضوع در مورد لباس هم صادق است. به نظرم بهترین شیوه استفاده از این فناوری، استفاده در ساعت‌های هوشمند یا گوشی‌های هوشمند است. فکر می‌کنم توسعه آن در این مسیر بسیار مفید خواهد بود.»

غیبت معنادار انرژی‌های تجدیدپذیر در ویترین صادرات ایران؛ مروری بر نمایشگاه ایران اکسپو ۲۰۲۵