به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، از سال ۱۸۸۳ تاکنون تلاش‌های فراوانی برای بهره‌گیری از انرژی خورشیدی صورت گرفته است. ریشه‌های استفاده از انرژی خورشیدی به اختراع نخستین پنل خورشیدی کارآمد توسط چارلز فریتس، مخترع آمریکایی، بازمی‌گردد که نخستین پنل خورشیدی را با استفاده از ورقه‌های سلنیوم پوشیده‌شده با لایه‌ای نازک از طلا ساخت. هرچند این اختراع کارایی بالایی نداشت، اما امکان بهره‌برداری از انرژی خورشیدی را توسط بشر فراهم کرد.
بشر امروز به نقطه عطفی رسیده است که می‌توان به واسطه آن گفت دوران فوتوولتائیک‌های سنتی مبتنی‌بر سیلیکون به سر آمده و عصری جدید در زمینه انرژی خورشیدی آغاز شده است. نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی که بر پایه ماده‌ای خاص ساخته شده‌اند، در حال ورود به مرکز توجه و تحول در این حوزه هستند که در دل آن، تیمی تحقیقاتی از دانشگاه رن فرانسه و دانشگاه شنزن چین موفق به ابداع تکنیکی برای بهبود عملکرد ماده‌ای شدند که ایده استفاده از پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون را کنار می‌زند.
فناوری خورشیدی نوین با راندمان بی‌سابقه و دوستدار محیط زیست
تیم حاضر با انجام فرآیند حرارتی روی هتروجانکشن CdS/CZTS که پیوندی بین لایه جاذب و لایه بافر است، در محیطی غنی از اکسیژن، موفق شدند مشکلات اصلی ناشی از کمبود گوگرد را برطرف کنند که منجر به بازترکیب بارهای الکتریکی می‌شود. در این فرایند اتم‌های اکسیژن جایگزین کمبودهای گوگردی و موجب ترمیم نقص‌های ساختاری می‌شوند.
این درمان حرارتی همچنین موجب نفوذ یون‌های کادمیوم و تشکیل کمپلکس‌های Na–O و Sn–O می‌شود که در مجموع نقص‌ها را کاهش می‌دهد و تبدیل انرژی را بهینه‌تر می‌کند. با این روش راندمان تأیید شده‌ای معادل ۱۱.۵۱ درصد به دست آمده است که یک دستاورد مهم در تاریخ فناوری خورشیدی محسوب می‌شود و فصل جدیدی را در این حوزه رقم زده است.
ماده‌ای که در این پیشرفت نقش کلیدی ایفا کرده، «کسترایت (Cu₂ZnSnS₄ یا CZTS)» است. این ماده معدنی هم توسط تیم دانشگاه رن و شنزن مورد بررسی قرار گرفته است و هم محققان دانشگاه نیوساوت‌ولز استرالیا روی آن مطالعه کرده و نتایج موفقیت‌آمیزی به‌دست آورده‌اند.
کسترایت کلید آینده انرژی پاک خورشیدی
کسترایت به‌عنوان جایگزینی سبزتر و پایدارتر برای سیلیکون مطرح است. در حالی که بیشتر پنل‌های خورشیدی فعلی بر پایه سیلیکون ساخته شده‌اند، تولید این پنل‌ها نیازمند منابع زیاد، دماهای بالا و مواد شیمیایی سمی است که مشکلات زیست‌محیطی و اقتصادی فراوانی به همراه دارد. این مسائل محققان را به جست‌وجوی مواد جایگزین سوق داده است که شاید به اندازه سیلیکون کارآمد نباشند، اما از نظر پایداری و هزینه برتری دارند.
کسترایت به دلیل فراوانی، غیرسمی بودن و قیمت پایین‌تر نسبت به سیلیکون، گزینه‌ای بسیار جذاب در صنعت انرژی خورشیدی است. این ماده به‌ویژه برای استفاده در سلول‌های خورشیدی چندلایه (Multijunction) بسیار مناسب است که با لایه‌بندی مواد مختلف در تلاش برای جذب بیشترین میزان نور خورشید هستند. تاکنون مشکل اصلی کسترایت راندمان پایین تبدیل انرژی بوده که ناشی از نقص‌های اتمی در ساختار آن است. این نقص‌ها موجب به دام افتادن حامل‌های بار و از دست رفتن انرژی از طریق بازترکیب غیرتابشی می‌شوند. با این وجود این مشکل بزرگ که مانع پیشرفت کسترایت بود، اکنون با تکنیک جدید تیم تحقیقاتی دانشگاه رن و شنزن به‌طور قابل توجهی کاهش پیدا کرده است.
پایان عصر سیلیکون آغازگر نسل جدید پنل‌های خورشیدی
دستاورد جدید را می‌توان مهم‌ترین لحظه در تاریخ انرژی خورشیدی پس از اختراع پنل خورشیدی فریتس در سال ۱۸۸۳ دانست، چراکه خداحافظی با پنل‌های سیلیکونی به این معناست که فناوری‌های نوین و پاک‌تر می‌توانند جایگزین شوند و آینده انرژی خورشیدی را شکل دهند. کسترایت به‌عنوان ماده‌ای غیرسمی، فراوان و ارزان، همچنین قابلیت ترکیب شدن در سلول‌های چندلایه، می‌تواند به افزایش راندمان انرژی خورشیدی در آینده منجر شود.
مطرح شدن کسترایت به‌عنوان پیشرو در عرصه انرژی خورشیدی نشان می‌دهد که سال ۲۰۲۵ می‌تواند سالی باشد که انرژی خورشیدی پس از بیش از ۱۴۰ سال از آغاز راه چارلز فریتس، به شکلی نوین و پیشرفته‌تر متحول شده است. به این ترتیب پایان دوران پنل‌های خورشیدی سیلیکونی به‌طور رسمی اعلام و فصل جدیدی در بهره‌برداری از انرژی پاک خورشید آغاز می‌شود.
