محققان دانشگاه صنعتی شریف به صورت آزمایشگاهی سلول های خورشیدی زیستی را به کمک پروتئین‌های موجود در عروس دریایی بهینه کرده‌اند تا جایگزین مناسبی برای سلول های خورشیدی قدیمی شوند.
به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، با افزایش روزافزون جمعیت جهان، مسئله انرژی یکی از مهم‌ترین مسائل پیش روی بشر در ۵۰ سال آینده خواهد بود. اغلب انرژی‌های موجود نیازمند احتراق سوخت‌های فسیلی هستند. استفاده از سوخت‌های فسیلی منجر به تولید گاز دی‌اکسید کربن و پدیده گرمایش زمین می‌شود.
نور خورشید بهترین منبع انرژی برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی است. خورشید ده هزار برابر انرژی مصرفی بشر را تأمین می‌کند. انرژی خورشیدی به‌وسیله سلول‌های خورشیدی می‌تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود. تاکنون انواع مختلفی از سلول‌های خورشیدی با بازدهی‌های متفاوت تولید شده است.
تلاش‌ها برای کاهش هزینه‌های ساخت سلول‌های خورشیدی و همچنین معرفی نسل‌های جدید آن در سراسر جهان در حال انجام است.
راحله محمدپور، مجری طرح، با ارائه توضیحات اولیه در خصوص سلول‌های زیستی، در رابطه با اهداف دنبال شده در این طرح گفت: سلول‌های خورشیدی زیستی نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک هستند که ساختار و عملکرد آن‌ها شبیه به برگ درخت است.
وی افزود: در واقع در این نوع سلول‌ها با استفاده از پروتئین‌های حساس به نور، یک نوع برگ درخت مصنوعی تولید می‌شود؛ هدف از انجام این طرح بهبود عملکرد تبدیل انرژی سلول‌های خورشیدی زیستی با استفاده از مواد فعال نوری زیستی جدید بوده است.
محمد پور اظهار کرد: سلول‌های خورشیدی تولیدشده در این طرح هزینه تولید به‌مراتب پایین‌تری نسبت به سلول‌های خورشیدی نسل‌های قدیمی‌تر دارند و بازدهی تبدیل انرژی آن‌ها نسبت به سلول‌های خورشیدی زیستی گزارش شده بالاتر است؛ همچنین، به دلیل اینکه بخش اعظمی از این سلول‌ها از نانوذرات پروتئینی ساخته شده اند، از خود خاصیت خود ترمیم شوندگی بروز می‌دهند.
وی در ادامه پیرامون پروتئین‌های مورد استفاده در این سلول خورشیدی زیستی و نحوه عملکرد آن‌ها افزود: در این طرح از مولکول‌های فعال نوری زیستی شامل پروتئین «باکتریورودوپسین» (استخراج شده از نوعی باکتری) و پروتئین فلورسانس سبز (تولید شده به‌صورت نوترکیب) جهت به دام انداختن نور استفاده شده است.
وی ادامه داد: «جی اف پی» نیز یک پروتئین فلورسانس موجود در عروس دریایی است که در سلول‌های خورشیدی زیستی تولید شده در این طرح، استفاده شده است.
به گفته محمدپور، استفاده از پروتئین‌های زیستی علاوه بر اینکه امکان سازگاری با محیط‌زیست را فراهم می‌کند، پتانسیل خود ترمیم شوندگی را نیز مطابق با گونه‌های طبیعی مهیا می‌کند.
این محقق افزود: در طی این پژوهش، الکترود نانوساختاری بر پایه نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به‌عنوان بستر انتقال الکترون و نانوالیاف اکسید تیتانیوم جهت افزایش پراکندگی نور در الکترودها تهیه شده است؛ سپس پروتئین‌های فعال نوری باکتریورودوپسین و پروتئین از منابع موردنظر استخراج شده و بر روی الکترود نانوساختار ساخته شده در مرحله‌ی قبل تثبیت شده است.
وی افزود: در ادامه از الکترود ساخته شده جهت ساخت سلول خورشیدی زیستی استفاده شده است؛ در انتها سلول خورشیدی تولید شده نهایی مشخصه یابی و بهینه‌سازی شده است.
وی گفت: حساس سازی فتوالکترود با پروتئین مقاوم باکتریوریداپسین منجر به تولید سلول خورشیدی زیستی با بازده ۱ درصد شده است؛ استفاده از پروتئین فلورسانس سبز در کنار ٰ باکتریوریداپسین بازده سلول خورشیدی را تا بیش از ۱/۲ افزایش داده است.
وی تاکید کرد: با بهینه‌سازی هرچه بیشتر تبدیل انرژی، این نوع سلول‌ها در آینده‌ای نزدیک می‌توانند جایگزین سلول‌های خورشیدی نسل قدیمی‌تر شوند.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر راحله محمدپور- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف- سجاد جان‌فزا- دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه تربیت مدرس- و مهدی زین‌الدینی- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر است. نتایج این کار در مجله Biomass and Bioenergy (جلد ۸۷، سال ۲۰۱۶، صفحات ۳۵ تا ۳۸) به چاپ رسیده است.
منبع: مهر