در حالی که فن‌آوری‌های انرژی تجدیدپذیر مختلفی وجود دارد که در مبارزه با تغییرات آب و هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، سلول‌های خورشیدی تقریباً گسترده‌ترین فناوری تجاری‌سازی شده در این حوزه هستند.
شرکت‌ها از فناوری‌نانو چه استفاده در سلول‌های خورشیدی کرده‌اند؟
در سال‌های اخیر، تمایل به بهبود کارایی و در عین حال کاهش اندازه سلول‌های خورشیدی و/یا انعطاف‌پذیری بیشتر آنها به گونه‌ای که بتوانند در مکان‌های سخت نصب شوند، منجر به افزایش علاقه به نانومواد شده است.
مقیاس کوچک نانومواد به تحقق سلول‌های کوچک‌تر کمک می‌کند، در حالی که انعطاف‌پذیری ذاتی برخی از نانومواد لایه نازک برای ایجاد سلول‌های خورشیدی که می‌توانند با سطوح مختلف مطابقت داشته باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
با این حال، حوزه اصلی مورد علاقه این است که نانومواد با خواص الکترونیکی عالی یا خواص جذب نور بالا، به افزایش بازده تبدیل انرژی (PCE) سلول‌های خورشیدی، کمک کنند.
اما چه نوآوری‌هایی در کاربردهای خورشیدی در دنیای واقعی و نه فقط در مطالعات آکادمیک اتفاق می‌افتد؟
نقاط کوانتومی مواد بسیار کوچک صفر بعدی هستند که جذب نور عالی دارند. معمولاً در مقیاس ۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر، با اعمال نور به آنها انرژی تولید می‌کنند و آنها را برای کاربردهای برداشت خورشیدی مناسب می‌کند.
نقاط کوانتومی اخیراً برای طیف وسیعی از کاربردهای مبتنی بر نور، مانند صفحه‌نمایش‌های تلویزیون، محبوب شده‌اند، اما در فضای سلول‌های خورشیدی نیز توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند، زیرا شرکت‌ها در حال حاضر سلول‌های خورشیدی حاوی نقطه کوانتومی را به بازار آورده‌اند.
یکی از شرکت‌هایی که سلول‌های خورشیدی نقطه کوانتومی می‌سازد، کوانتوم متریالز (Quantum Materials) است که از طریق شرکت تابعه خود یعنی Solterra Renewable Technologies این کار را انجام می‌دهد. این سلول‌های خورشیدی از ترکیبی از مواد پلیمری و نقاط کوانتومی ساخته می‌شوند.
نمونه دیگری از فعالیت تجاری در این حوزه مربوط به شرکت نانوکو (Nanoco) است. نانوکو یک تولیدکننده نقاط کوانتومی است و با شرکت ژاپنی Tokyo Electron برای توسعه مشترک فیلم‌های PV نانومواد کار کرده است. تیم نانوکو همچنین از نزدیک با دانشگاه ها برای توسعه لایه‌های جاذب لایه نازک برای سلول های خورشیدی CIGS کار کرده است، اما هنوز هیچ خبر تجاری فراتر از مطالعات آکادمیک در این باره وجود ندارد.
سلول‌های خورشیدی لایه نازک به یک حوزه تحقیقاتی محبوب تبدیل شده‌اند، زیرا نازک‌تر و انعطاف‌پذیرتر از سلول‌های خورشیدی سنتی، هستند، بنابراین می‌توان آنها را در مناطق بیشتری (از جمله کناره‌های ساختمان‌ها) نصب کرد.
سلول‌های خورشیدی لایه نازک از موادی استفاده می‌کنند که بسیار نازک هستند. بسیاری از این لایه‌ها که روی هم ساخته می‌شوند در مقیاس نانو بوده و فناوری‌های مورد نیاز برای رسوب‌گذاری گاهی اوقات می‌تواند روش‌های نانوساخت باشد. بنابراین، در حالی که برخی از لایه‌های نازک ممکن است قطری بیش از یک نانومتر داشته باشند، اما اغلب به دلیل نازک بودن لایه‌ها در حوزه نانومقیاس قرار می‌گیرند.
شرکت Nanosolar یک سلول خورشیدی معدنی بسیار نازک CIGS (مس، ایندیم، گالیوم، سلنیوم) ایجاد کرده است که از بستر آلومینیومی با لایه نازک CIGS به عنوان جوهر نانوذره استفاده می‌کند. استفاده از جوهر در سلول‌های خورشیدی در حال رشد است، زیرا اجازه می‌دهد تا سلول‌های خورشیدی بسیار نازک‌تری ایجاد شود. بازده تبدیل انرژی این سلول ۱۷ درصد هستند که در مقایسه با سلول‌های CIGS معمولی پایین است اما برای سلول‌های خورشیدی لایه نازک بسیار بالا است.
شرکت دیگری که به صورت تجاری سلول‌های خورشیدی لایه نازک تولید می‌کند، Oxford PV است. آنها از پروسکایت، که یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد برای سلول‌های خورشیدی با بازده نظری بالا است، به شکل لایه نازک استفاده می‌کنند.
گرافن در بسیاری از صنایع مورد توجه قرار گرفته است و شروع به نفوذ در بسیاری از بخش‌های فناوری پیشرفته کرده است. گرافن دارای چندین ویژگی است که آن را به یک ماده ایده‌آل برای بهبود PCE سلول‌های خورشیدی مختلف تبدیل می‌کند. اولین پیشرفت قابل توجه در سلول‌های خورشیدی تقویت شده با گرافن از همکاری ZNShine در چین و Bharat Heavy Electricals در هند حاصل شد. محصول به دست آمده یک سلول خورشیدی با پوشش گرافنی است که در آن پوشش گرافنی یک مکانیسم خود تمیز شونده برای از بین بردن گرد و غبار و ماسه از سلول در محیط های خشک عمل می‌کند.
شرکت دیگری که سلول‌های خورشیدی گرافنی تولید کرده است Freevolt در آمریکا است. این سلول‌های خورشیدی بازار مسکن مسکونی را هدف قرار داده‌اند و شرکت S2A مدولار نیز از این سلول‌های خورشیدی در خانه‌های خود استفاده می‌کند.
یکی از آخرین پیشرفت‌ها از سوی شرکت بریتانیایی Grafmarine انجام شده است که در حال ساخت سلول‌های خورشیدی گرافنی برای کشتی‌هایی است که می‌توانند در برابر محیط‌های سخت دریایی مقاومت کنند. این سلول‌های خورشیدی فوق‌العاده سخت، در حال حاضر در مرحله نمونه اولیه هستند، اما در حال حاضر آزمایش‌های زیادی را پشت سر می‌گذارند تا در آینده نزدیک به سطوح بیشتری از تجاری‌سازی پیشرفت کنند.
