یکی از بزرگترین چالش‌های پیشروی صنعت فوتوولتائیک سیلیکونی، ساخت پیل‌های خورشیدی ارزان‌قیمت است. در یک مطالعه جدید، گروهی از دانشمندان و مهندسان شرح داده‌اند که یک پیل خورشیدی هیبریدی پوشش داده شده با نانومخلوط‌های سیلیکونی و یک پلیمر آلی رسانا، در حالی که عملکرد عالی دارد، می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد.
نانومخروط‌ها، کلیدی برای پیل‌های خورشیدی ارزان
|
یکی از بزرگترین چالش‌های پیشروی صنعت فوتوولتائیک سیلیکونی، ساخت پیل‌های خورشیدی ارزان‌قیمت است. برای رسیدن به این هدف باید هزینه مدول که در حال حاضر یک دلار بر وات است، به نصف کاهش یابد.
بخش بزرگی از هزینه‌ها به ماده سیلیکونی و فرآیندهای ساخت گرانی که اغلب استفاده می‌شوند، مربوط می‌شود. در یک مطالعه جدید، گروهی از دانشمندان و مهندسان شرح داده‌اند که یک پیل خورشیدی هیبریدی پوشش داده شده با نانومخلوط‌های سیلیکونی و یک پلیمر آلی رسانا، در حالی که عملکرد عالی دارد، می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد.
(a) فرآیند ساخت این پیل‌های خورشیدی که در آن نانومخروط‌های سیلیکونی با یک پلیمر روکش داده می‌شوند. (b)، (c) و (d) تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشگر این نانومخروط‌ها را در هر مرحله نشان می‌دهند.
این پیل‌های خورشیدی هیبریدیِ دارای ساختار نانومقیاس دو مزیت دارند: جذب نور را بهبود داده و مقدار ماده سیلیکونی مورد نیاز را کاهش می‌دهند. ساختارهای نانومقیاس قبلی پیل‌های خورشیدی شامل نانوسیم‌ها، نانوگنبد‌ها و دیگر ساختارها بوده‌اند. این محققان متوجه شدند که یک ساختار نانومخروطی با نسبت ارتفاع به قطر حدود یک، شکل بهینه‌ای برای تقویت جذب نور ارائه می‌کند زیرا دارای خاصیت ضدانعکاس خوب برای طول‌موج‌های کوتاه نور و خاصیت پخش‌کنندگی خوب برای طول‌موج‌های طویل است.
در طرح‌های قبلی با استفاده از ساختار نانومقیاس، فضای بین ساختارها برای پرشدن با پلیمر بسیار کوچک است، بنابراین لایه ثانویه کاملی نیاز دارد. اما ساختار نانومخلوطی نوک‌تیز ساخته شده به‌وسیله‌ی این محققان، این امکان را فراهم می‌کند که یک روکش پلیمری در فضاهای باز قرار داد و این نیاز به دیگر مواد را حذف می‌کند. با تشکیل این ساختار هیبریدی نانومخروط- پلیمر با یک روش کم دما و ساده، هزینه‌های فرآوری نیز کاهش می‌یابد.
این محققان بعد از تست این پیل خوشیدی و ایجاد بعضی اصلاحات، افزاره‌ای با راندمان یازده و یک دهم درصد ساختند که بین پیل‌های خوشیدی هیبریدی سیلیکون- آلی تاکنون بالاترین راندمان است. بعلاوه در این پیل چگالی جریان مدار کوتاه که به بالاترین جریانی که پیل خورشیدی می‌تواند تولید کند، اشاره می‌کند، از رکورد جهانی برای یک پیل خورشیدی سیلیکونی تک بلوری که بسیار به محدودیت تئوری نزدیک است، فقط اندکی کمتر است.
بواسطه فرآوری ارزان و عملکرد خوب این پیل خورشیدی نانومخلوط- پلیمر هیبریدی، این محققان پیش بینی می‌کنند که بتوان روزی آنها را بعنوان افزاره‌های فوتوولتائیک مناسب از نظر اقتصادی استفاده کرد.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را تحت عنوان «پیل‌های خورشیدی پلیمر- نانومخلوط سیلیکونی هیبریدی» در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند. |
