چالش مهم شفافیت سلول بالایی در سلول‌های خورشیدی تاندوم همچنان پابرجاست
تحقیقات جدیدی از آلمان نشان داده است که بهبود شفافیت و عملکرد سلول بالایی همچنان کلید اصلی تجاری‌سازی سلول‌های خورشیدی تاندوم (پرووسکایت-سیلیکون) و همچنین تمام انواع دیگر دستگاه‌های تاندوم است. این تجزیه و تحلیل به طور خاص نشان داد که سلول بالایی برای جبران کاهش شفافیت باید به بازدهی تک‌سلولی بالاتری دست یابد.
یک محقق در آلمان چگونگی تأثیر سطوح شفافیت سلول بالایی بر عملکرد سلول پایینی در سلول‌های خورشیدی تاندوم لایه‌ای را بررسی کرده و دریافته است که انتقال ناقص نه تنها بر سلول پایینی بلکه در یک دستگاه با جریان تطبیق‌شده، بر خود سلول بالایی نیز تأثیر می‌گذارد.
مارتینا اشمید، دانشمندی از دانشگاه دویسبورگ-اسن آلمان، به مجله pv گفت: «بینش اصلی کار من این است که شفافیت سلول بالایی در یک تاندوم – که اغلب دست کم گرفته می‌شود – برای عملکرد کلی دستگاه بسیار حیاتی است. به طور خاص، در یک پیکربندی دو ترمینالی با جریان تطبیق‌شده، انتقال ضعیف از طریق سلول بالایی مستقیماً عملکرد خود آن را تضعیف می‌کند! این یک واقعیت قابل توجه – و به طرز شگفت‌آوری کم‌اهمیت داده شده – است، حتی اگر از نظر اصولی کاملاً واضح باشد.»
اشمید توضیح داد که سلول بالایی برای جبران کاهش شفافیت باید به بازدهی تک‌سلولی بالاتری دست یابد. او افزود: «به عنوان یک قاعده کلی: اگر سلول بالایی به طور کامل فوتون‌های زیر شکاف باند خود را منتقل کند و طیف خورشیدی به طور مساوی بین سلول‌های بالا و پایین تقسیم شود، آنگاه سلول بالایی برای اینکه تاندوم با عملکرد یک سلول پایینی به تنهایی مطابقت داشته باشد، باید حداقل به ۵۰ درصد بازدهی سلول پایینی برسد.»
به گفته تحلیل او، در صورت کاهش شفافیت – به عنوان مثال، تا ۳۵ درصد – سلول بالایی باید حتی کارآمدتر باشد. اگر علاوه بر این، قرار باشد تاندوم ۳۰ درصد از یک سلول پایینی تک‌گانه بهتر عمل کند، نسبت بازدهی تک‌سلولی بالا به پایین ۸۵ درصد مورد نیاز است.
اشمید تأکید کرد: «با توجه به این چالش‌ها، تقسیم طیف ممکن است مسیر عملی‌تری نسبت به تلاش برای بهینه‌سازی شفافیت به تنهایی باشد. علاوه بر این، تاندوم‌ها از نظر کارایی مواد یک نقص دارند که می‌توان با ترکیب آن‌ها با تکنیک‌های تمرکز نور آن را کاهش داد. علاوه بر این، برای استفاده حداکثری از تابش خورشیدی موجود، عملکرد دوطرفه توصیه می‌شود – که در هر صورت یک گام اساسی است، به ویژه از آنجایی که بیشتر پنل‌های خورشیدی سیلیکونی امروزه دوطرفه هستند.»
اشمید در مطالعه‌ای با عنوان «قاعده سرانگشتی ابتکاری برای سلول‌های خورشیدی تاندوم و چشم‌اندازهای آینده» که در مجله Solar RRL منتشر شده است، توضیح داد که نکته حیاتی برای دستگاه‌های تاندوم این است که پیوندهای pn دو سلول به گونه‌ای تراز شوند که جریان بتواند مستقیماً بین آن‌ها جریان یابد، که اغلب توسط یک پیوند تونلی تسهیل می‌شود.
این طراحی برای کاهش تعداد و ضخامت لایه‌های میانی، که جذب نوری انگلی را به حداقل می‌رساند و نور را به حداکثر می‌رساند، ایده‌آل است، اما به دلیل خروجی جریان کمتر یکی از سلول‌ها، برای کارایی کلی سلول تاندوم بدون تطبیق جریان بین دستگاه‌های بالا و پایین نیز مشکل‌ساز است.
این محقق همچنین رویکردهای مختلفی را شرح داد که می‌تواند به حل برخی از مسائل مربوط به شفافیت سلول بالایی که در این مقاله تجزیه و تحلیل شده است، کمک کند.
او افزود: «در حالی که بهینه‌سازی ماده جاذب برای به حداکثر رساندن جذب بالای شکاف باند و به حداقل رساندن تلفات زیر شکاف مربوط به نقص‌ها ضروری است، لایه‌های دیگر نیز باید در نظر گرفته شوند. به عنوان مثال، لایه‌های تماسی به دلیل اثراتی مانند جذب حامل بار آزاد، منبع اصلی تلفات شفافیت هستند.»
اشمید همچنین پیشنهاد کرد که تعادل بین شفافیت نوری و رسانایی الکتریکی سلول بهبود یابد و همچنین طرح‌های استراتژیک جدیدی برای پشته‌های لایه نازک با انتشار پیچیده نور شناسایی شود. علاوه بر این، او توصیه کرد که از تقسیم طیف برای جایگزینی تلفات انتقال با تلفات پیش‌بینی‌شده کمتر اپتیک تقسیم طیف استفاده شود.
او در پایان گفت: «برای کاهش محدودیت‌های مربوط به تطبیق جریان، می‌توان مفاهیمی مانند اتصال لومینسانس، بازتابنده‌های میانی با طول موج انتخابی یا نورپردازی دوطرفه را در نظر گرفت. با نگاهی به آینده، سلول‌های متمرکز کننده تاندوم دوطرفه، در یک پیکربندی سه ترمینالی و همراه با اپتیک تقسیم طیف برای کاهش تلفات نوری و بهبود انطباق با نورپردازی متغیر، یک مسیر نوآورانه ارائه می‌دهند.»
نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو
منبع: مجله فتوولتائیک PV
