افزایش بازده سلول خورشیدی

افزایش بازده سلول خورشیدی به کمک استفاده از دو فیلم نازک متشکل از دو ماده رایج CIGS و CZTSSe توسط Akhlesh Lakhtakia انجام و به صورت یک مدل ارائه شد .

ایده برای افزایش بازده سلول خورشیدی

Akhlesh Lakhtakia استاد دانشگاه Evan Pugh با تحقیق در زمینه سلول‌های خورشیدی متوجه شد که محققان از دو جنبه ، یکی از جنبه نوری ( چگونگی جمع آوری نور خورشید ) و دیگری از جنبه الکتریکی ( نحوه تبدیل نور جمع آوری شده به برق ) ، سلول‌های خورشیدی را مورد بررسی قرار می‌دهند . محققانی که در حوزه نوری سلول‌های خورشیدی فعالیت می‌کنند ، برای بهینه سازی جذب نور در آن‌ها تلاش می‌کنند . این در حالی است که پژوهشگران فعال  در زمینه الکتریکی ، در جهت بهینه سازی تبدیل برق سلول‌های خورشیدی تلاش می‌کنند . هر دو گروه می‌توانند کار دیگری را آسان‌تر کنند .

سخنان Lakhtakia ( نظریه پرداز پژوهش افزایش بازده سلول خورشیدی ) : ” من تصمیم گرفتم مدلی ایجاد کنم که هر دو جنبه ( نوری و الکتریکی ) را به یک مقدار مساوی بهبود بخشد . بنابراین ما نیاز داریم تا بازده واقعی را افزایش دهیم ( اگر بازده سلول خورشیدی کمتر از ۳۰ درصد باشد ، هیچ تغییر محسوسی ایجاد نخواهد شد ) ” .

Lakhtakia یک نظریه پرداز است . او مدل‌های ریاضی برای آزمون‌های احتمالی مواد ایجاد می‌کند تا دیگران بتوانند نتایج را مورد آزمایش و بررسی قرار دهند . وی گفت مساله اصلی این است که ساختار ریاضی بهینه سازی نوری و الکتریکی بسیار متفاوت از یکدیگر هستند .

مکانیزم کار سلول خورشیدی

Lakhtakia ( نظریه پرداز پروژه افزایش بازده سلول خورشیدی ) توضیح داد که سلول‌های خورشیدی به نظر ابزارهای ساده‌ای هستند . لایه شفاف بالایی اجازه می‌دهد تا نور خورشید روی لایه تبدیل انرژی قرار بگیرد . ماده انتخاب شده برای تبدیل انرژی ، نور را جذب می‌کند و جریانی از الکترون‌های دارای بار منفی و حفرات دارای بار مثبت در جهت‌های مختلف ایجاد می‌کند . ذرات باردار متفاوت ( ذرات با بار متفاوت ) به لایه تماس بالایی منتقل شده و لایه تماس پایینی ، برق یا الکتریسته را ( برای استفاده ) از سلول خارج می‌کند . مقدار انرژی که یک سلول خورشیدی می‌تواند تهیه کند ، به مقدار نور خورشید جمع آوری شده و قابلیت لایه تبدیل بستگی دارد . مواد مختلف در اثر واکنش با نور ، به طول موج‌های مختلفی از نور تبدیل می‌شوند .

جزئیات افزایش بازده سلول خورشیدی

سخنان Lakhtakia ( نظریه پرداز پژوهش افزایش بازده سلول خورشیدی ) : ” من متوجه شدم که برای افزایش بازده سلول خورشیدی ، باید کاری کنیم که نور بیشتری جذب شود . برای این کار ما باید لایه جاذب را به روشی خاص غیر همگن کنیم . ” این روش خاص ، استفاده از دو ماده جاذب مختلف در دو فیلم نازک مختلف بود . محققان دو ماده تجاری موجود در بازار  شامل CIGS – Copper Indium Gallium Diselenide – و CZTSSe – Copper Zinc Tin Sulfur Selenide – را برای لایه‌ها انتخاب کردند . به خودی خود بازده CIGS و CZTSSe به ترتیب حدود ۲۰ و ۱۱ درصد است .

این دو ماده در یک سلول خورشیدی بکار می‌روند ، چرا که ساختار هر دو ماده یکسان است . آن‌ها تقریبا ساختار شبکه‌ای مشابهی دارند ، بنابراین می‌توان آن‌ها را روی یکدیگر رشد داد . آن‌ها فرکانس‌های مختلفی را جذب می‌کنند ، بنابراین می‌توانند باعث افزایش بازده سلول خورشیدی شوند ( بر طبق گفته Lakhtakia ) .

Lakhtakia بیان کرد ” این دو ماده با یکدیگر یک سلول خورشیدی با بازده ۳۴ درصد تولید کردند و این شگفت آور است . ” در این کار یک سلول خورشیدی جدید با ساختار لایه به لایه تولید شد . سایر افرادی که  در عمل سلول خورشیدی می‌سازند ، می‌توانند فرمول بندی‌های دیگری از لایه‌ها را پیدا کنند ( و شاید بهتر هم عمل کنند ) .

به گفته محققان گام بعدی ، تولید آن در آزمایشگاه و بررسی گزینه‌های نهایی برای یافتن بهترین پاسخ است .

اولین نویسنده مقاله افزایش بازده سلول خورشیدی فیض احمد ( Faiz Ahmad ) دانشجوی دکتری علوم مهندسی و مکانیک در ایالت Penn است . Peter B. Monk استاد علوم ریاضی Unidel ، دانشگاه Delaware ، این تیم تحقیقاتی را کامل کرد .

شکل زیر شماتیکی از یک سلول خورشیدی لایه‌ای ساخته شده با دو فیلم نازک را نشان می‌دهد . نور خورشید در بالای این سلول تابیده می‌شود و به لایه‌های CIGS و CZTSSe می‌رسد . سپس ذرات مثبت و منفی ایجاد شده به لایه‌های بالا و پایین منتقل می‌شوند و برق یا الکتریسته را تولید می‌کنند .

• 

خلاصه‌ خبر

یک تیم از پژوهشگران دریافتند که استفاده از دو فیلم نازک از مواد مختلف در سلول‌های خورشیدی ، بسیار مقرون به صرفه است . استفاده از سلول‌های خورشیدی دو لایه ، بازده حدود ۳۴ درصد را ایجاد کرده است .

محققان این پژوهش ، نتایج خود را در شماره اخیر Applied Physics Letters به چاپ رساندند و بنیاد ملی علوم از این پژوهش حمایت کرد .

منبع خبر : سایت www.eurekalert.org

تاریخ انتشار خبر : ۲۸ / ۰۶ / ۱۳۹۹

کد خبر : ۴۴۵