سلولهای خورشیدی را میتوان با ذوب کردن سطح ماه (رگولیت) و تبدیل آن به «شیشه ماه» تولید کرد.
غبار ماه بهسرعت در حال تبدیل شدن به مادهای جادویی است که میتوان از آن اکسیژن و عناصری مانند تیتانیوم استخراج کرد، یا آن را فشرده کرده و به آجرهایی برای ساخت پناهگاههای قمری تبدیل کرد. همچنین میتوان از آن برای ساخت «بتن قمری» جهت اتصال این آجرها استفاده کرد. اکنون، دانشمندان نشان دادهاند که چگونه میتوان از رگولیت ماه برای ساخت سلولهای خورشیدی بهره برد.
فیلیکس لنگ از دانشگاه پوتسدام آلمان در اینباره میگوید:
“از استخراج آب برای سوختگیری گرفته تا ساخت خانه با آجرهای قمری، دانشمندان راههایی برای استفاده از غبار ماه یافتهاند. اکنون، ما میتوانیم آن را به سلولهای خورشیدی نیز تبدیل کنیم، که ممکن است انرژی موردنیاز یک شهر آینده روی ماه را تأمین کند.”
سلولهای خورشیدی سنتی شامل شیشههایی هستند که روی زمین ساخته میشوند و وزن بالایی دارند، که این امر باعث افزایش هزینههای پرتاب میشود. در نتیجه، تولید سلولهای خورشیدی در ماه با استفاده از مواد محلی، ایدهای جذاب به شمار میآید.
آزمایش ایده سلولهای خورشیدی قمری
برای بررسی این ایده، تیم لنگ با یک شبیهساز غبار ماه آزمایشهایی انجام دادند. نمونههای واقعی از سطح ماه بسیار کمیاب و ارزشمند هستند، بنابراین ناسا و سایر مؤسسات علمی انواع مختلفی از رگولیت شبیهسازیشده را تولید کردهاند. (رگولیت اصطلاحی علمی برای موادی است که سطح ماه را پوشاندهاند و شامل غبار و تکههایی از مواد پرتابشده از برخوردها هستند).
تیم لنگ مقداری از این رگولیت شبیهسازیشده را ذوب کرده و به «شیشه ماه» تبدیل کردند. این فرآیند نسبتاً ساده است و نیازی به تصفیه پیچیده ندارد؛ تنها کافی است نور خورشید را روی سطح ماه متمرکز کرد تا دمای موردنیاز برای ذوب شدن رگولیت تأمین شود.
این شیشه ماه سپس با مادهای به نام پروسکایت ترکیب میشود. پروسکایت یک ماده بلوری رایج در سلولهای خورشیدی است که نور خورشید را جذب کرده و باعث تحریک الکترونها در ساختار اتمی خود میشود. یک الکترود نیز این الکترونهای تحریکشده را جذب کرده و جریان الکتریکی ایجاد میکند.
مزایا و چالشهای سلولهای خورشیدی ماه
پیشتر، تیمی از دانشمندان شرکت بلو اوریجین (شرکت فضایی جف بزوس) ایدهای مشابه برای ساخت سلولهای خورشیدی در ماه پیشنهاد داده بودند.
شیشه ماه چندین مزیت نسبت به شیشههای معمولی که روی زمین ساخته میشوند دارد. در فضا، شیشههای معمولی به مرور زمان قهوهایرنگ شده و بخشی از نور خورشید را مسدود میکنند، که باعث کاهش کارایی سلولهای خورشیدی میشود. اما شیشه ماه بهطور طبیعی دارای تهرنگ قهوهای است که از تغییر رنگ بیشتر آن جلوگیری میکند. همچنین، این شیشه در برابر پرتوهای کیهانی مقاومتر است، که مزیت مهمی در فضا محسوب میشود.
با این حال، چالش اصلی این سلولهای خورشیدی جدید، بهرهوری پایین آنها است. سلولهای خورشیدی معمولی که در فضا استفاده میشوند، حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد از نور خورشید را به برق تبدیل میکنند، در حالی که سلولهای خورشیدی ساختهشده از شیشه ماه تنها ۱۰ درصد بهرهوری دارند. تیم لنگ امیدوار است که با کاهش برخی ناخالصیها در شیشه ماه، این مقدار را به ۲۳ درصد برساند.
حتی اگر این افزایش بهرهوری امکانپذیر نباشد، باز هم مشکلی ایجاد نمیشود. به گفته لنگ:
“نیازی به سلولهای خورشیدی فوقالعاده کارآمد با ۳۰ درصد بهرهوری نیست؛ در عوض، میتوان تعداد بیشتری از آنها را در ماه تولید کرد.”
علاوه بر این، ساخت سلولهای خورشیدی در ماه باعث کاهش ۹۹ درصدی وزن مواد حملشده از زمین شده و هزینههای ارسال تجهیزات به فضا را به شدت کاهش میدهد.
چالشهای فنی و آینده تحقیق
با این حال، سؤالاتی همچنان بیپاسخ ماندهاند. تولید سلولهای خورشیدی از شبیهساز غبار ماه در گرانش زمین یک مسئله است، اما شرایط جاذبه کم ماه ممکن است روی نحوه تشکیل شیشه ماه تأثیر بگذارد. همچنین، حلالهایی که برای پردازش پروسکایت استفاده میشوند، ممکن است در شرایط خلأ ماه تخریب شوند. علاوه بر این، نوسانات شدید دمایی بین روز و شب قمری میتواند پایداری سلولهای خورشیدی را تحت تأثیر قرار دهد.
برای پاسخ به این سؤالات، تیم لنگ پیشنهاد میکند که یک مأموریت کوچک به ماه انجام شود تا این سلولهای خورشیدی در شرایط واقعی قمری آزمایش شوند. اگر این ایده موفقیتآمیز باشد، میتواند نقش مهمی در تأمین انرژی پایگاههای قمری آینده ایفا کند و امکان استقرار دائمی انسان در ماه را فراهم کند.
چنین پایگاهی احتمالاً در قطب جنوب ماه ساخته خواهد شد، جایی که مقادیر زیادی یخ آب در دهانههای سایهدار دائمی پنهان شده است. علاوه بر این، خورشید در این منطقه همیشه در آسمان دیده میشود و از مواجهه با شبهای دو هفتهای که در سایر بخشهای ماه رخ میدهد و مأموریتهای خورشیدی را مختل میکند، جلوگیری میکند.
این تحقیق در نشریه Device در تاریخ ۱۴ فروردین منتشر شده است.
