امروزه استفاده از انرژيهاي پاك، بخصوص استفاده از نور خورشيد بسيار مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به رشد جمعيت و كاهش منابع سوختهاي فسيلي و همچنين روند روزافزون آلودگيهاي زيستمحيطي كه ازنتايج مستقيم سوختهاي فسيلي است، استفاده از انرژيهاي پاك مانند نور خورشيد در حال افزايش است تا آنجا كه همه روزه شاهد فناوريهايي هستيم كه درصددند تا بر كارايي تجهيزات و تكنولوژيهاي به كار رفته در اين زمينه بيفزايند و ميزان بهرهوري را بالا ببرند. اين روزها از باكتريها و ويروسها كه تا پيش از اين فقط جنبه بيماريزايي آنها شناخته شده بود، در بسياري از حوزههاي علم و تكنولوژي استفاده ميشود و اين جانداران كوچك و تكسلولي در خدمت توليد فناوريهاي جديد قرار گرفتهاند و همه روزه ابعاد وسيعتري از ويژگيها و فوايد اين موجودات ميكروسكوپي شناخته ميشود كه در جاي خود بسيار جالب است.
در اين راستا بتازگي محققان روشي را ابداع كردهاند تا با استفاده از لايه نازكي از ويروسها بر كارايي صفحات و سلولهاي خورشيدي بيفزايند و ميزان ذخيرهسازي و توليد انرژي را دراين سلولها بالا ببرند.
به طور كلي يك سلول خورشيدي، انرژي خورشيد را گرفته و ذخيره ميكند و سپس اين انرژي را به اشكال ديگر انرژي مثل نور و گرما و... تبديل ميكند. اما اين سلولهاي خورشيدي هنوز به كارايي مورد نظر محققان نرسيدهاند. نور خورشيد به نوعي براي سلولها و صفحات خورشيدي مشكلزاست، زيرا سبب پراكنده شدن الكترونهايي ميشوند كه مسوول مهاركردن نور و توليد انرژي هستند. اين مشكل سبب شده است تا دانشمندان از نانولولههاي كربن، براي افزايش كارايي سلولهاي خورشيدي بهره ببرند. اما با گذشت زمان مشخص شد كه استفاده از نانولولهها نيز با مشكلاتي مواجه است. اول آنكه درساخت نانولوله كربن از 2 بخش متفاوت استفاده ميشود. يك نانولوله كربن تركيبي از يك بخش نيمهرساناست كه اين نيمهرساناها گاهي جريان انرژي را عبور ميدهند و گاهي هم عبور نميدهند. بخش ديگر نانولولهها استفاده از فلزات كاملا رسانايي است كه براحتي جريان انرژي را از خود عبور ميدهند.
در تحقيقات اخير مشخص شد تركيب اين دو بخش در كنارهم در نانولولهها اثرات متفاوتي دارند و سبب كاهش كارايي آنها ميشوند. قرارگرفتن اين دو بخش كنار هم گاه مشكلزاست به طوري كه مثلا نانولولههاي نيمهرسانا ميتوانند سبب بهبود عملكرد در صفحات شوند در حالي كه قسمت فلزي و رسانا در نانولولهها اثر عكس دارد. مشكل ديگر اين كه اين دو بخش گرايش به دستهشدن و به هم چسبيدن دارند كه اين امرنيز از كارايي آنها خواهد كاست. اين دلايل سبب شد تا محققان روشهايي براي افزايش كارايي نانولولهها پديد آورند تا اين مشكلات را برطرف كنند. به دنبال تحقيقات فراوان آنها در نهايت موفق شدند از ويروسها كمك بگيرند. در اين روش آنها از ويروسي به نام MI3 استفاده كردند. اين ويروس به نوعي سبب عفونيشدن باكتريها ميشود و همچنين قادر است ترتيب و نظم را در سطح نانولولهها حفظ كند.
اين ويروس ميتواند 2 بخش متفاوت را در نانولولهها از هم جدا نگهدارد و از برخورد و تراكم آنها در كنار هم جلوگيري كند. در نهايت اين ويروس با تأثيراتي كه بر نانولولهها دارد، ميتواند سبب افزايش كارايي سلولها و صفحات خورشيدي شود. پژوهشگران در اين آزمايش از يك سلول خورشيدي به نام Dye -sensitized استفاده كردند؛ يك سلول خورشيدي ارزانقيمت و سبك وزن كه به جاي سيليكون در آن از لايههاي فعال دياكسيد تيتانيوم براي ذخيرهسازي انرژي خورشيد استفاده ميشود. البته ميتوان از انواع ديگري از سلولهاي خورشيدي نيز بهره برد. محققان سپس درادامه ساختارهاي ساخته شده از ويروسها را به اين صفحات اضافه كردند و توانستند ميزان ذخيرهسازي انرژي را از8به 10/6 درصد افزايش دهند. افزودن لايههاي نازكي از ويروسها به اين سلولها تأثيري در وزن اين صفحات ندارد و تنها يك درصد به وزن اين صفحات ميافزايد.
الكترونها در يك سلول خورشيدي طي اولين مرحله در ذخيرهسازي و توليد انرژي از هم دور شده و فاصله ميگيرند، سپس اين الكترونها بايد توسط يك جمعكننده ،جمع و متمركز شوند. درست مانند زماني كه در ميان 2قطب يك باتري قرار ميگيرند و تجمع مييابند. بعد از اين مرحله الكترونها دوباره از هم دور ميشوند و به مرحله اول برميگردند. ميتوان گفت عملكرد تكنولوژي جديد و تأثير ويروسها بيشتر روي مرحله دوم متمركز است، زيرا سبب ميشود الكترونها بخوبي مسير خود را يافته و متمركز شوند؛ در حقيقت مسير مستقيمتري را براي جريان الكترونها فراهم ميكنند و از اين طريق سبب افزايش كارايي و بهبود بهرهوري در صفحات ميشوند. ويروسها با توليد پروتئينهايي به نام پپتيدها ميتوانند از حركت اجزاي نانولولههاي كربن جلوگيري كنند و سبب ميشوند آنها درجاي خود بمانند و به هم برخورد نكنند و از هم جدا بمانند تا كارايي سلول خورشيدي پايين نيايد. ويژگي ديگر ويروسها در اين روش آن است كه آنها پوششي از دياكسيدتيتانيوم را براي اجزا و عناصر صفحات خورشيدي Dye-sensitized ايجاد مي كنند. در واقع با ايجاد اين پوشش در سطح سلول خورشيدي در كنار نانولولهها اجزايي شبيه به سيمهايي براي حركت الكترونها پديد ميآورند. عملكرد ديگر اين ويروسها جانشيني سريع آنها به جاي يكديگر است. در واقع آنها با تغيير اسيديته محيط خود اين قابليت را دارند تا بسرعت جانشين هم شوند. اين ويژگي نيز به بهبود كارايي اين ويروسها و سلول خورشيدي ميافزايد.
علاوه بر اين استفاده از اين ويروسها سبب حل شدن نانولولهها در آب ميشود. اين ويژگي باعث ميشود تا بتوان از نانولولهها در فرآيندهاي بر مبناي آب نيز بهره برد. همچنين اين ويروسها سبب شدهاند تا به كمك آنها محققان بتوانند ارتباط بهتري بين ذرات مختلف نانوكربن برقرار كنند. بهبود ارتباط ميان ذرات نانو بسيار ضروري است، زيرا سبب ميشود ويروسها بتوانند بسرعت و به نحو موثرتري الكترونهاي سطح صفحات را جمعآوري و متمركز كنند.
در حال حاضر تكنولوژي صفحات خورشيدي براساس نانوتكنولوژي در بسياري از كشورها بخصوص كشورهايي مانند ژاپن، كره و تايلند بسيار رو به گسترش و پيشرفت است و استفاده از ويروسها در اين روشها ميتواند به نحو چشمگيري بر بهبود كارايي اين فناوريها اثرگذار باشد. البته قبلا محققان از اين ويروسها در شيوههايي متفاوت براي افزايش عملكرد باتريها و مواردي ديگر استفاده كردهاند، ولي اين اولينبار است كه از ويروسها درنانوتكنولوژي و سلولها و صفحات خورشيدي استفاده ميشود. پژوهشگران اميدوارند بزودي بتوانند ازاين فناوري در ديگر سلولهاي خورشيدي و ديگر حوزههاي فناوري بهره ببرند.
مترجم: آزاده سيدميرزايي