یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه کمبریج که توسط ناتان آروکیا هدایت می شود در حال کار روی یک موضوع ساده هستند: تلفن همراهی که کمتر به شارژ شدن نیاز دارد. آرمان آهنود یکی از محققان این گروه پاییز سال گذشته در نشستی در بوستون به دانشمندان اعلام کرد که سر انجام ممکن است با تلفن همراهی مواجه شویم که هرگز نیاز به اتصال به برق نداشته باشد.
برای افزایش زمان بین دفعات شارژ گروه ناتان یک نمونه ی آزمایشی ساختند که با استفاده از آرایه ای از سلول های خورشیدی ساخته شده از لایه های نازک سیلیکون غیر متبلور هیدروژنه شده که روی صفحه ی نمایش گوشی سوار می شوند نور محیط را به انرژی الکتریسیته تبدیل می کند.
سلول فوتوولتاییک از مصرف بالای صفحه ی نمایش گوشی تلفن همراه بهره می گیرد. در یک صفحه نمایش OLED نوعی تنها حدود 36 درصد از نور ایجاد شده از جلوی صفحه ی نمایش تابیده می شود و مقدار زیادی از آن از لبه های صفحه ی نمایش هدر می روند. به این ترتیب ناتان و همکارانش در شرکت کانادایی IGNIS Innovation همچنین تلاش می کنند با قرار دادن سلول های فوتوولتاییک در کناره های صفحه ی نمایش این انرژی هدر رفته را مهار کنند.
برای کار کردن دستگاه نیاز به رفع یک مشکل دیگر نیز بود: نوسانات ولتاژ تامین شده توسط سلول خورشیدی که می توانست به باتری گوشی آسیب برساند. محققین کالج لندن تا کنون موفق به ساخت مدار با ترانزیستور فیلم نازک شده اند که می تواند نوسانات ولتاژ را صاف کرده و الکتریسیته را به شکل کارآمدتری استخراج کند.
به جای شارژ مستقیم باتری که می توانست نیاز به اضافه کردن مدارات پیچیده ایجاد کند، آن ها با همکاری گروه انرژی مرکز فوتونیک و الکترونیک پیشرفته ی دانشگاه کمبریج یک ابرخازن فیلم نازک به عنوان واسط ذخیره ی انرژی به دستگاه اضافه کردند. این ترکیب سلول های فوتوولتاییک، ادوات الکترونیک و ابرخازن به سیستمی با بهره وری میانگین 11درصد و حداکثر بهره وری 18درصد منتج شد.
اگر آرایه ی فوتوولتاییک قادر به تبدیل 5 درصد نور محیط به الکتریسیته باشد، سیستم جمع آوری انرژی می تواند تحت شرایط نوری مناسب تا 165میکرووات در هر سانتی متر مربع توان تولید کند. برای یک صفحه نمایش از نوع 3.7اینچ این مقدار در حدود 5میلی وات خواهد بود که طبق گفته ی آهنود مقدار قابل توجهی است، اگر چه تنها بخشی از توانی است که یک گوشی احتیاج دارد.
البته تنظیم کننده های ولتاژ مبتنی بر CMOS هم در حال حاضر وجود دارند که دارای بازدهی بیشتری هستند ولی قابل پیاده سازی با تکنولوژی فیلم نازک، که در تولید صفحه نمایش گوشی ها استفاده می شود، نیستند. به علاوه ابزار مبتنی بر فیلم نازک کنونی قابلیت ساخت در دمای زیر 150 درجه ی سانتیگراد و روی پلاستیم سبک را دارا هستند که آن ها را برای گوشی های تلفن همراه جذاب تر می کند چون در این عرصه هر یک گرم وزن و هر یک پنی هزینه حائز اهمیت ویژه ای است.
نمونه ی آزمایشاهی گوشی خورشیدی تنها یک مثال از جمع آوری انرژی در مقیاس کوچک است. منبع دیگری از انرژی بدون نیاز به اتصال شبکه ی برق شهری می تواند رزونانس مغناطیسی از طریق سیم پیچ القا کننده باشد. جریان متناوب از سیم پیچی از مواد هادی عبور داده می شود که یک میدان مغناطیس متناوب ایجاد می کند. این میدان به نوبه ی خود در سیم پیچی که در گوشی تلفن همراه یا پخش کننده ی MP3 جاسازی شده است جریان الکتریکی ایجاد می کند.
جون یو یکی از دانشجویان دوره ی دکتری تحت نظر ناتان گزارشی از فعالیت های اولیه ارائه کرده و می گوید که تیم تحقیقاتی آن ها یک سیم پیچ فیلم نازک طراحی کرده که می تواند به عنوان گیرنده ی انرژی در صفحه نمایش به کار رود. البته پیش بینی می کنند که این سیم پیچ قادر به تامین توان کافی برای یک رایانه را نخواهد داشت. با این وجود می توان طرح تزویج مغناطیسی را برای استفاده در دستگاه های همراه کوچکتر کرد و مورد استفاده قرار داد.
تبدیل نمونه ی آزمایشگاهی به محصول نهایی تحقیقات بیشتری می طلبد. به عنوان مثال گروه در حال حاضر در حال مطالعه طراحی های مختلف مدار و مواد گوناگون است تا بتواند بهره‌وری سیستم جمع آوری انرژی را افزایش دهد. طرح های مهار انرژی دیگری نظیر سیستم جمع آوری انرژی جنبشی با استفاده از MEMS (ریز سیستم های الکترو مکانیکی) همچنین می توانند به پیشرفت های آتی این پروژه کمک کنند.
+منبع
