خب بیا با هم درباره یه ایده خیلی باحال گپ بزنیم که می‌تونه کل داستان انرژی خورشیدی رو تغییر بده! محققای دانشگاه راچستر تونستن کاری کنن که ژنراتورهای خورشیدی حرارتی (اسم رسمی‌شون Solar Thermoelectric Generator یا همون STEG هست) یه دفعه ۱۵ برابر پربازده‌تر بشن! یعنی اگه قبلاً کم می‌آوردن جلوی پنل‌های خورشیدی عادی، حالا بازی دارن عوض می‌کنن.
اول یک توضیح رفیقونه: این STEGها با سلول‌های خورشیدی معمولی فرق دارن. سلول‌های فوتوولتاییک (پنل‌هایی که روی سقف می‌بینی)، فقط نور رو مستقیم تبدیل به برق می‌کنن، اما STEG می‌تونه هر منبع گرمایی رو (حتی اتلاف گرما یا حرارت محیطی) بگیره و تبدیل کنه به برق — با استفاده از اختلاف دما بین دو طرف دستگاه!
نکته فنی: توی این بازی، یه پدیده فیزیکی هست به اسم “اثر سیبک” یا Seebeck Effect که اگه بین دو طرفِ یه نیم‌رسانا (همون نیمه‌هادی یا semiconductor) اختلاف دما ایجاد کنی، خودش برق تولید می‌کنه. فقط مشکلش این بوده که تا حالا زورش کم بود! بازدهیش اکثراً کمتر از ۱٪ بود، در حالی که پنل‌های خورشیدی خونه‌ها حدود ۲۰٪ بازدهی دارن.
حالا محققای راچستر با حرکتای خلاقانه اومدن و این مشکل رو حسابی ارتقا دادن. اونم بدون اینکه نیمه‌هادی وسط دستگاه رو دست بزنه! تمرکزشون رو گذاشتن رو طرف‌های داغ و سرد دستگاه و رفتن سراغ چندتا ابداع خفن.
ترفند اول: فوق‌شارژ کردن سمت داغ!
سمت گرم دستگاه رو با یه تکنیک جدید به اسم «فلز سیاه» (black metal) تقویت کردن. یعنی اومدن با لیزرهای فوق‌سریع— به اینا می‌گن لیزر “فمتوثانیه‌ای”، یعنی پالس‌هایی ایجاد می‌کنه که عمرشون از یه میلیاردیم ثانیه هم کمتره!— ساختارهای نانومتری (خیلی ریز که با چشم دیده نمیشن) رو روی تنگستن حکاکی کردن. این باعث میشه فلز نور آفتاب رو خیلی خوب جذب کنه ولی کمتر گرما رو تو طول‌موج‌های دیگه هدر بده.
بعد، یه لایه پلاستیک هم روش کشیدن که یه جور اثر گلخانه‌ای (greenhouse effect، مثل چیزی که تو شیشه‌خانه‌ها هست) درست می‌کنه و الکی گرما رو به هوای اطراف نمی‌ده. خلاصه اینکه فاز “بیابون سوزون” واسه سمت گرم راه انداختن!
ترفند دوم: نهایت خنک‌کاری سمت سرد!
اینجا هم از همون لیزرها استفاده کردن ولی اینبار رو آلومینیوم، تا متریالش رو با ساختارهای خیلی ریز تغییر بدن و یه هیت‌سینک (یا Heat Sink، وسیله‌ای که گرما رو پخش کنه و راحت‌تر خنک بشه) فوق‌العاده درست کنن. اینطوری نه تنها گرما رو با تشعشع (یعنی فرستادن حرارت به اطراف) بلکه حتی با همرفت (انتقال هوا یا مایع اطراف که گرما رو می‌بره) هم خیلی خوب دفع می‌کنه. عملاً آلومینیوم معمولی رو دو برابر قوی‌تر کردن تو خنک‌کاری!
به خاطر همین بهبودهای ترکیبی، STEGهای جدید عملاً تو تست‌ها تونستن حتی LEDها رو خیلی راحت‌تر از نسل‌های قبلی روشن کنن.
کاربردهای باحالش چیه؟
همین تکنولوژی احتمالاً به زودی می‌ره سراغ تامین انرژی اینترنت اشیا (Internet of Things یا IoT، همون سنسورها و دستگاه‌های بی‌سیم هوشمند)، وسایل پوشیدنی (wearables)، یا حتی برق روستاها و مناطق بی‌برق.
یه نکته دیگه: این طرح انقلابی اصلاً نیاز به نیمه‌هادی‌های گرون یا عجیب نداره! پس می‌تونه سریع و مقرون‌به‌صرفه وارد بازار بشه.
این پروژه رو بنیاد National Science Foundation و چندتا موسسه دیگه حمایت کردن و نتیجه تحقیقات رو هم تو ژورنال معتبر Light: Science and Applications منتشر کردن — که یعنی داستانش کاملاً جدیه و تایید شده.
در کل، الان با این راهکارهای جدید برای محبوس کردن بهتر گرما و دفع عالی سرما، دنیای انرژی پاک یه نفس تازه می‌کشه و شاید بزودی دیدیم دستگاهای جورواجور با همین روش روشن می‌شن! چه دنیای هیجان‌انگیزیه، نه؟
منبع: +
