نام مسئول هسته:رضا کشاورزی

دانشکده مرتبط: شیمی

دانشجویان تحت راهنمایی تیم راهبری هسته :

برنامه پژوهشی هسته:

طراحی و ساخت مواد پیشرفته و استفاده ازآن ها در انرژی های تجدیدپذیر و پاک، به ویژه انرژی خورشیدی از اولویت های پژوهشی دانشکده می باشد. در این راستا سلول های خورشیدی فوتولتاییک نقش بسزایی ایفا می کنند.

احتمال وقوع بحران انرژی در جهان و نگرانی های ناشی از پایان پذیری سوخت های فسیلی، ضرورتهای زیست محیطی افزایش روز افزون مصرف انرژی و رشد جمعیت عوامل موثری هستند که توجه به منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی را شدت می بخشند. طبق گفته ی سازمان هواشناسی جهانی اقیانوس های جهان در سال ۲۰۲۱ از نظر دما واسیدی بودن به بالاترین حد خود از زمان ثبت رکوردها رسیده است. علت اصلی این موضوع تولید بی رویه ی گاز CO۲ناشی از سوخت های فسیلی است. طبق برنامه ریزی های انجام شده توسط کشورهای توسعه یافته نظیر آمریکا، چین و کشورهای اروپایی تا سال ۲۰۵۰ با کاهش میزان تولید CO۲ به حالت کربن خنثی (کربن صفر) خواهند رسید. انرژی خورشیدی و استفاده از آن در سلول های فوتوولتاییک در تولید برق نقش بسزایی در این راستا خواهند داشت. انرژی خورشیدی و استفاده از آن در سلول های فوتوولتاییک وتولید برق در کشور ما به دلیل وجود بیشترین روزهای آفتابی در سال و زمین مورد نیاز در کویرها، پتانسیل بالایی را داراست که باید از آن استفاده شود.

در حال حاضر از دوفناوری برای ساخت سلول های خورشیدی (فوتوولتاییک) استفاده میشود: فناوری نسل اول مربوط به سلول های سیلیکونی و فناوری نسل دوم مربوط به سلول­های نانوساختار نظیر سلول­های خورشیدی پروسکایتی و حساس شده با رنگ که شامل لایه نشانی نیمه هادی روی بسترهای شیشه و انعطاف پذیر است. بطور کلی هزینه ی مواد اولیه و ساخت در فناوری نسل دوم بسیار کمتر است، اما هنوز بازدهی سلول های نسل اول از نسل دوم بیشتر بوده وتلاش بشر بر افزایش بازدهی فناوری نسل دوم متمرکز شده است.. سلول های خورشیدی پروسکایتی رشد سریعی در افزایش بازدهی داشته اند طوری که از بازدهی حدود ۳ درصد در سال ۲۰۰۹ به بازدهی کنونی ۲۵.۶ درصد رسیده اند. در حال حاضر موضوع اصلی تحقیقات سلول های خورشیدی پروسکایتی افزایش پایداری برای تجاری سازی آنها است. این سلول ها در برابر عواملی همچون رطوبت و دما ناپایدارند. در سلول های خورشیدی پروسکایتی معمولی از الکترود طلا استفاده می شود که گرانقیمت بوده و یکی از عوامل ناپایداری خصوصا در برابر دمای بالا است. در این راستا کربن یک جایگزین مناسب بوده زیرا هم ارزان بوده و هم ماهیتا آبگریز است. نکته مهم در سلول های پایه کربنیْ بازدهی کمتر آن ها نسبت به سلول های پروسکایتی پایه طلاست.

این سلول ها به دو دسته ی مزوپوروس و مسطح (planar) تقسیم بندی می شوند. در سلول های مسطح یک لایه انتقال الکترون مزوپوروس حذف می شود که ارزش اقتصادی سلول خورشیدی را بالاتر می برد اما بازدهی کمتری نسبت به حالت مزوپوروس دارد. کربن مورد استفاده پژوهشگران معمولا تجاری است که مناسب برای اتصال در سطح تماس با پروسکایت نیست. لذا تهیه ی یک الکترود کربنی مناسب و کارا از ضروریات این نوع سلول ها می باشد. همچنین بهینه سازی سطح پروسکایت و رشد بلور های آن برای اتصال مناسب با لایه کربنی نیز از دیگر ملزومات است. لایه های انتقال بار در این سلول ها باید بهینه باشند تا عملکرد خوبی از خود نشان دهند.

از طرفی به دلیل عملکرد بالای سلول های خورشیدی پروسکایتی، با استفاده از الکترود کربنی آبگریز می توان این سلول ها را مستقیما در شکافت فوتوالکتروشیمیایی آب به منظور تولید هیدرو‌ژن به عنوان یک سوخت پاک جایگزین به کار برد.