خانه / تازه‌ها / بیوتکنولوژی / فتوسنتز می‌تواند منجر به طراحی سلولهای خورشیدی با کارایی بالا گردد

فتوسنتز می‌تواند منجر به طراحی سلولهای خورشیدی با کارایی بالا گردد

یافته‌های پژوهشگران دانشگاه ایالتی جورجیا نشان می‌دهد، فرایند طبیعی که در طول فتونستز روی می‌دهد می‌تواند منجر به طراحی موثرتر سلول‌های خورشیدی با کارایی بالا گردد. در طی فرایند فتوسنتز گیاهان و دیگر جانداران مانند جلبک‌ها و سیانوباکترهای، انرژی خورشیدی را به انرژی شیمیایی تبدیل نموده و بعدها به مصرف می‌رساند. در گیاهان، انرژی نوری حاصل از خورشید منجر می‌شود الکترون به سرعت از دیواره سلول عبور نماید. در سلولهای خورشیدی مصنوعی، الکترون در بشتر مواقع به محل اصلی خود باز می‌گردد و منجر به از دست رفتن انرژی خورشیدی می‌گردد. در گیاهان الکترون‌ها هرگز به محل اصلی خود باز نمی‌گردند و در حقیقت این دلیل اصلی این است که چرا دخیره انرژی خورشیدی در گیاهان بسیار کارامد می‌باشد. در حقیقت فرایندی که «انتقال الکترون منطقه معکوس» نامیده می‌شود از بازگشت دوباره الکترون‌ها جلوگیری می‌نماید.

فتوسنتز و سلولهای خورشیدی
تصویرسلولهای گیاهی که دارای کلروپلاست قابل مشاهده می باشند. کلروپلاست مسئولیت فرایند فتوسنتز را بر عهده دارد (تصویر از ویکیمدیا)

نتایج این پژوهش که در مجلات معتبری به چاپ رسیده است دلایل محکمی ارائه می‌دهد که «انتقال الکترون منطقه معکوس» مسئولیت اصلی کارامدی بسیار بالا در سلولهای خورشیدی در طی فرایند فتوسنتز را بر عهده دارد.

نظریه نحوه عملکرد پدیده فتوسنتز در سال ۱۹۹۲ توسط دکتر رودولف مارکوس ارائه گردید و منجر به کسب جایزه نوبل شمی توسط وی گرددید. اما تا به حال مکانیسم «انتقال الکترون منطقه-معکوس» در فرایند طبیعی فتوسنتز به اثبات نرسیده است. پژوهشگران به این منظور مرکز واکنش‌های فتوسنتزی در در گونه سینوکوسیست در سیانوباکتریوم ها مورد مطالعه قرار دادند. لازم به ذکر است سیانوباکتری ها سیستم فتوسنتزی بسیار مشابه گیاهان دارند.

این پژوهشگران توانستند وجود مکانیسم اشاره شده را برای نخستین بار شناسایی نمایند. این نتایج ممکن ایست منجر به روشهای جدیدی برای طراحی سلولهای خورشیدی گردد. به عنوان نمونه ممکن است منجر به تولید گازهای هیدروژنی شود که می‌تواند به عنوان سوخت تمیز و جایگزین مورد استفاده قرار گیرد.

انرژی خورشیدی، پاک‌ترین انرژی تجدیدپذیر در دسترس می‌باشد که می‌تواند تبدیل به انرژی گرماییف شیمیایی و یا الکتریکی گردد. با تبدیل بخشی کوچکی از انرژی خورشیدی که هر ساله بر زمین تابش می‌کند انسان‌ها می‌توانند عطش خود را برای انرژی بیشتر خاموش نمایند. در حال حاضر صنعت «بازار خورشیدی» در ایالات متحده آمریکا در حال توسعه می‌باشند و هزینه‌های توسعه آن رو به کاهش می‌باشد اما این بازار در حال حاضر با موانعی در حال مبارزه می‌باشد.

گیاهان انرژی خورشیدی را به صورت بسیار موثری تبدیل می‌نمایند، و به طور قابل توجهی این تبدیل انرژی نسبت به سلولهای خورشیدی مصنوعی بسیار موثرتر میباشد. در فتوسنتز، نور وارد می‌شود، الکترون در از غشا سلولی عبور می‌نمایند و بازتایش نمی‌کند. بزرگ‌ترین مشکل در سیستم‌های مصنوعی بازتابش مجدد الکترون‌ها می‌باشد و این مهمترین دلیل این است که چرا گیاهان در تبدیل انرژی خورشیدی بسیار کارامد می باشند.

جزئیات تبدیل مؤثر انرژی خورشیدی در گیاهان دقیقاً مشخص نیست. متاسفانه اطلاعات علمی این جزئیات به منظور طراحی اقتصادی مبدل‌های خورشیدی مصنوعی بسیار مهم می‌باشد. نتایج کار پژوهشی انجام شده علت مؤثر بودن مبدلهای خورشیدی در گیاهان را مشخص نموده است و با استفاده از این اصول و کاربرد آن طراحی کارامدتری از سلولهای خورشیدی مصنوعی اجرا گردد.

منابع:

Makita H, Hastings G. Inverted-region electron transfer as a mechanism for enhancing photosynthetic solar energy conversion efficiency. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Aug 29;114(35):9267-9272. DOI: 10.1073/pnas.1704855114

Dau H, Zaharieva I. Principles, efficiency, and blueprint character of solar-energy conversion in photosynthetic water oxidation. Acc Chem Res. 2009 Dec 21;42(12):1861-70. DOI: 10.1021/ar900225y

Georgia State University. Photosynthesis could lead to the design of artificial solar cells. Retrieved from thecellule.com; available online at: http://taq.ir/1396/07/03/2342

درباره حمید احمدیان مقدم

من به علوم و فناوری های نوین علاقه مند هستم!

این نوشته هم جالبه!

باکتری

دانشمندان باکتری‌ها را به سازنده دستگاه‌های مفید تبدیل نمودند

دانشمدان دانشگاه دوک، با استفاده از مدارهای ژنی ساخته شده، باکتری‌ها را به سازنده دستگاه‌های …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *