دانشمندان چینی در حال نزدیک شدن به تولید مصالح ساختمانی هستند که می‌توانند انرژی پاکِ خود را تولید کنند. در این میان، متمرکزکننده‌های خورشیدی نورتاب (LSCs) به عنوان راه‌حلی نویدبخش در حال ظهورند که شفافیت را با قابلیت جذب انرژی خورشیدی ترکیب می‌کنند.
این دستگاه‌ها از شیشه‌های نیمه‌شفاف و فلورسنت ساخته شده‌اند که بخشی از نور خورشید را جذب کرده، نور ساطع می‌کنند و آن را به سلول‌های خورشیدی در لبه‌ها هدایت می‌کنند تا برق تولید شود!
تاکنون، بیشتر شیشه‌های فلورسنت برای LSCها با جاسازی نانوکریستال‌ها ساخته می‌شدند. با اینکه این روش در آزمایشگاه‌ها مؤثر است، اما تولید نانوکریستال‌ها پرهزینه و مقیاس‌پذیری آن دشوار است. این فرآیند مقادیر زیادی حلّال مصرف می‌کند، زمان‌بر است و بازدهی کمی دارد. علاوه بر این، پس از آسیب دیدن شیشه، مواد ساطع‌کننده نور قابل بازیافت نیستند و آن را به یک محصول یک‌بارمصرف و پرزباله تبدیل می‌کنند.
برای غلبه بر این چالش‌ها، دانشمندان به دنبال راه‌هایی برای تولید شیشه فلورسنت از طریق فرآیندهای حرارتی ساده‌تر و یک‌مرحله‌ای بوده‌اند که امکان بازیافت و استفاده پایدار را فراهم کند.
پیشرفت جدید در چین
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور ژی‌یان لی از دانشگاه نانکای چین مدعی توسعه ماده جدیدی شده که می‌تواند این حوزه را متحول کند. در این مطالعه، تیم یک ماده فسفری با انتشار نور زرد به نام ETP2SbCl5 را با استفاده از یک فرآیند ساده در دمای اتاق سنتز کردند. با اعمال حرارت، این ماده همچنین می‌تواند به شیشه تبدیل شود.
شیشه جدید عملکرد چشمگیری از خود نشان داد. این تیم در یک دستگاه کوچک به ابعاد ۳×۳×۰.۵ سانتی‌متر، به بازده تبدیل انرژی ۵.۵۶ درصد و بازده نوری ۳۲.۵ درصد دست یافت. نکته مهم این است که شیشه به اندازه کافی شفاف باقی ماند و میانگین عبور نور ۷۸.۳ درصد را داشت که برای استفاده عملی مناسب است.
کارایی بالا با مزایای اضافی
این شیشه خورشیدی جدید علاوه بر تبدیل انرژی، مزایای دیگری نیز دارد. می‌تواند نور فرابنفش با طول موج کمتر از ۴۲۰ نانومتر را به طور مؤثر جذب کرده و از طریق فرآیندی به نام “انتشار اکسایتون خودتله‌انداز” (STE) نور قوی ساطع کند. این انتشار به بازده کوانتومی نورتابی (PLQY) حدود ۵۲.۶ درصد رسید که به هدایت نور به سمت سلول‌های خورشیدی در لبه‌های شیشه کمک می‌کند.
شیشه خورشیدی قابل بازیافت و خودترمیم‌شونده
قابل توجه‌ترین ویژگی این ماده جدید، قابلیت بازیافت آن است. برخلاف LSCهای مبتنی بر نانوکریستال، این شیشه می‌تواند دستخوش گذارهای برگشت‌پذیر بین حالت فسفر و شیشه شود. گرم کردن شیشه تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد (۳۹۲ درجه فارنهایت) به آن امکان می‌دهد که خود را ترمیم کرده و دوباره مورد استفاده قرار گیرد.
حتی پس از ده چرخه تبدیل متقابل بین فسفر و شیشه، این ماده همچنان ۹۵ درصد از عملکرد اصلی خود را حفظ کرد. این ویژگی، آن را به گزینه‌ای بادوام و کم‌زباله برای فناوری‌های خورشیدی آینده تبدیل می‌کند.
این پیشرفت گامی بزرگ به سوی تولید شیشه خورشیدی مقرون‌به‌صرفه، قابل بازیافت و کارآمد است. اگر این فناوری در مقیاس بزرگ به کار گرفته شود، ساختمان‌های آینده می‌توانند با پنجره‌هایی طراحی شوند که نه تنها نور را به داخل راه می‌دهند، بلکه برق پاک تولید کرده و عمری به مراتب طولانی‌تر از مواد خورشیدی فعلی دارند.
این تحقیق در مجله Light: Science & Applications منتشر شده است.
منبع: Interestingengineering
