تولید پیل خورشیدی با کارایی بالا

دانشمندان در آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر در وزارت انرژی ایالات
متحده با استفاده از سطوح نانوساختار موفق به ساخت پیل خورشیدی با کارایی
۱۸٫۲ درصد شدند. این دستاورد جدید یک گام تازه به‌سوی ساخت پیل‌های خورشیدی
با هزینه کم است.

این گروه تحقیقاتی از سطوح نانوساختار استفاده کردند به‌طوری که پیل
خورشیدی با کارایی بالا پرتو خورشید را به الکتریسته تبدیل می‌کند. آنها
نانوجزایری از نقره را روی ویفر سیلیکونی قرار دادند و سپس آن را به‌مدت
کوتاهی درون محلول‌های مختلفی غوطه‌ور نمودند، با این کار میلیاردها
نانوحفره روی هر اینچ مربع از سطح ایجاد می‌شود. این نانوحفره‌ها و دیواره‌های
سیلیکون بسیار کوچک‌تر از طول موج نور هستند. با این کار پرتو برخوردی با
سطح بازتابی نداشته و کارایی سطح افزایش می‌یابد. این گروه تحقیقاتی
نانواشکال موجود در سطح و همچنین ترکیب شیمیایی آن را تغییر دادند با این
کار کارایی سطح بهبود یافته و در نهایت موفق به خلق رکورد تازه‌ای شدند.

نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان An 18.2%-efficient
black-silicon solar cell achieved through control of carrier
recombination in nanostructures در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ
رسیده است.

پیش از این روی پیل‌های خورشیدی یک لایه ضد انعکاس قرار داده می‌شد که این
کار موجب افزایش هزینه تولید آن می‌شد. نتایج این پژوهش نشان داد که این
پیل جدید که دارای سطوح نانوساختار است پرتوهای کمتری نسبت به پیل‌های مجهز
به سطوح ضد انعکاس، منعکس می‌کنند. با این حال تا پیش از این محققان موفق
نشده بودند که کارایی کل این پیل‌ها را تا این حد افزایش دهند.

این تحقیقات ثابت کرد که مساحت سطحی بالا و همچنین فرآیندی موسوم به
نوترکیبی آگور، فوتون‌های جمع شده از سطح نانوساختارها را محدود می‌کند.
این گروه تحقیقاتی دریافت که این نوترکیبی به دلیل وجود ناخالصی‌هایی در
سطح نانوساختار ایجاد می‌شود.

آنها با ارائه روشی موجب کاهش این ناخالصی و در نهایت کاهش بروز پدیده
نوترکیبی شدند. با کاهش مقدار مواد ناخالصی و صاف‌تر کردن سطح، آنها موفق
شدند تا کارایی پیل را به ۱۸٫۲ درصد برسانند. این پژوهش می‌تواند روی ساخت
پیل‌های خورشیدی مبتنی بر نانوسیم‌ها و نانوکره‌ها تاثیرگذار باشد. این
گروه تحقیقاتی برای اولین بار نشان دادند که می‌توان از نانوساختارهای نیمه‌هادی
برای تولید پیل‌های کاراتر استفاده کرد. چالش بعدی در این مسیر آن است که
بتوان روشی برای صنعتی کردن این فرآیند پیدا کرد و همچنین کارایی پیل را به
بیش از ۲۰ درصد رساند.