پیلهای خورشیدی سه بعدی جدید، با استفاده از آرایش ساختارهای برج مانند در ابعاد بسیار کوچک که به یک شهر با خیابانهای تو در تو و ساختمانهای مرتفع شباهت دارند، فوتونهای نور خورشید را جذب می‌کنند. این پیلها می‌توانند برای تأمین نیروی سفینه‌های فضایی بکار روند. همچنین می‌توانند با بهبود راندمان روکشهای فتوولتائیک، باعث ایجاد تغییر در طراحی پیلهای خورشیدی که از کابردهای وسیعی برخوردارند شوند.
بالا بردن کارایی پیلهای خورشیدی سه بعدی
|
پیلهای خورشیدی سه بعدی جدید که از اندازه، وزن و پیچیدگی مکانیکی کمی برخوردارند می‌توانند با گرفتن تقریباً همه نوری که به آنها برخورد می‌کند، کارایی سیستمهای فتوولتائیک را بالا ببرند. پیلهای خورشیدی سه بعدی جدید، با استفاده از آرایش ساختارهای برج مانند در ابعاد بسیار کوچک که به یک شهر با خیابانهای تو در تو و ساختمانهای مرتفع شباهت دارند، فوتونهای نور خورشید را جذب می‌کنند. این پیلها می‌توانند برای تأمین نیروی سفینه‌های فضایی بکار روند. همچنین می‌توانند با بهبود راندمان روکشهای فتوولتائیک، باعث ایجاد تغییر در طراحی پیلهای خورشیدی که از کابردهای وسیعی برخوردارند شوند. هدف از این کار جذب حداکثر فوتونهای موجود برای پیلهای خورشیدی است. زیرا در این صورت می‌توان از آرایه‌های فتوولتائیک کوچکتری بر روی یک ماهواره یا سفینه فضایی استفاده کرد. طرح سه بعدی مذکور در مارس ۲۰۰۷ در مجله JOM به چاپ رسیده است. پیلهای فوق که دارای ارتفاع ۱۰۰ میکرون و سطح ۴۰*۴۰ میکرون هستند و به فاصله ۱۰ میکرون از یکدیگر قرار گرفته‌اند، نور را بین ساختارهای برج مانندشان به دام می‌اندازند. این پیلها حاوی آرایه‌هایی از میلیونها نانولوله کربنی که بصورت عمود ردیف شده‌اند می‌باشند. از آنجائیکه این ساختارها می‌توانند نور دریافتی را از زوایای متفاوت جذب کنند، پیلهای جدید حتی وقتی که خورشید به طور مستقیم بالای سر آنها قرار نگرفته باشد، دارای راندمان بالایی هستند. توانایی پیلهای سه بعدی در جذب تمام نوری که به آنها برخورد می‌کند، می‌تواند به پیشرفتهایی در کارایی پیلهایی که فتونهای جذب شده را به جریان الکتریسیته تبدیل می‌کنند منجر شود. در پیلهای خورشیدی مسطح رایج، روکشهای فتوولتائیک باید به اندازه کافی ضخیم باشند تا فتونها را بگیرند. اما از آنجا که پیلهای سه بعدی بیشتر از پیلهای مرسوم فوتونها را جذب می‌کنند، می‌توان روکشهای آنها را جهت خروج سریعتر الکترونها و افزایش کارایی کوانتومی، نازکتر ساخت. ساخت این پیلها با یک شبکه پنجره‌ای سیلیکونی آغاز می‌شود که به عنوان اتصال ته پیل خورشیدی نیز بکار می‌رود. محققان در ابتدا شبکه پنجره‌ای را بوسیله فرآیند Photo Lithography با لایه نازکی از آهن پوشش دادند. سپس آنها را داخل کوره‌ای تا دمای C780 حرارت دادند. پس از آن در اثر ورودگازهای هیدروکربنی به داخل کوره کربن و هیدروژن را از هم تفکیک شده و کربن بصورت آرایه‌هایی از نانولوله‌های کربنی چند جداره بر روی طرحهای آهنی رشد می‌کند. به محض اینکه برجهای نانولوله‌های کربن رشد کردند، محققان بوسیله فرآیند اپی‌تاکسی پرتو مولکولی آنها را با تلورید کادمیم (CdTe) و سولفیدکادمیم (CdS) پوشش می‌دهند که بعنوان لایه‌های فتوولتائیک نوع n و p بکار می‌روند. در بالای هر آرایه، روکش نازکی از اکسید قلع ایندیم اضافه می‌شود که به عنوان الکترود بالایی پیل عمل می‌کند. در این پیلها، آرایه‌های نانولوله‌ای هم به عنوان پایه برای آرایه‌های سه بعدی و هم به عنوان اتصال رسانای مواد فتوولتائیک برای شبکه پنجره‌ای سیلیکونی بکار می رود. محققان نمونه اولیه این پیلها را از جنس کادمیم ساختند. ولی می‌توان از دامنه وسیعی از مواد فتوولتائیک استفاده کرد و انتخاب بهترین ماده برای هر کاربرد خاص، هدف تحقیقات آینده خواهد بود. Ready همچنین می خواهد تا ارتفاع و فضای بهینه برجها را مورد مطالعه قرار دهد و رابطه بین فضا و زاویه‌ای را که در آن نور به ساختارها برخورد می‌کند تعیین نماید. |
|
|
Jud Ready مهندس محقق ارشد در موسسه تحقیقات فناوریGeorgia نمونه‌ای از سلولهای خورشیدی سه بعدی را که تیم تحقیقاتی‌اش توسعه داده‌اند در دست دارد. |
