چگونه انرژی خورشیدی کارآمدتر و مقرون به صرفه باشد؟
حداکثر بهره وری تبدیل نور خورشید به برق هدف اصلی بسیاری از تاریخ صنعت برق خورشیدی است. از آنجایی که سلولهای خورشیدی برای ساخت گرانقیمت بودند، آنها فقط در برنامه های خاص مانند فضاپیما مورد استفاده قرار می گرفتند، جایی که عملکرد از هزینه ها مهم تر بود. این بازی دو دهه قبل با ظهور سلولهای خورشیدی نازک تغییر کرده است که باعث شده است تا صنعت به هزینه های پایین تر متکی باشد .
اکنون که سلولهای خورشیدی برای تولید ارزان تر هستند، صنعت وارد مرحله سوم با هدف شده است: افزایش کارایی در حالی که تولید کم هزینه را نگه می دارد.
بیشتر سلولهای فتوولتائیک خورشیدی تجاری از سیلیکون ساخته شده اند. برای بردن کارآیی بالاتر، یکی از بهترین گزینه ها، ایجاد سلول های خورشیدی است – یعنی سلول هایی که چندین ماده جذب نور را استفاده می کنند. چشم انداز، سلول های خورشیدی سیلیکون دارای کارایی رکوردی ۲۵٫۶٪ می باشند. با استفاده از یک ماده جذب نور، حد تئوری ۳۴٪ بهره وری است. با استفاده از دو ماده جذب کننده نور جذب می کند، حد تئوری را به ۴۶٪ راندمان می دهد.
سلول های خورشیدی از دو ماده ساخته شده :
سیلیکون و متال هالید perovskite، این دو ماده را می توان در یک سلول خورشیدی تنها متصل کرد و راهی برای برداشت قدرت در روش جدید است.
این تحولات پایه و اساس سلول های خورشیدی را درون سلول های سیلیکون پرورسکیت ایجاد می کند و ممکن است یک راه پیش رو برای صنعت خورشیدی برای ساخت سلول های خورشیدی با کارایی بالا و کم هزینه فراهم کند.
گرفتن نور بیشتر
یکی از راه های کاهش هزینه های خورشیدی، بهبود بهره وری پنل های خورشیدی است. با بهره وری بیشتر، پانل ها یا ماژول های کمتری باید نصب شوند تا به هدف مورد نظر قدرت برسند.
نور خورشید دارای نور مرئی و طول موج نور است که می تواند به برق تبدیل شود.
نور خورشید از طیف گسترده ای از انرژی ساخته شده است، از نور ماوراء بنفش و نور مرئی که دارای سطح بالاتری از انرژی، به نور مادون قرمز است که انرژی کمتری دارد. یک سلول خورشیدی از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون برای جذب نور خورشید و تبدیل آن به قدرت الکتریکی استفاده می کند. یک نیمه هادی دارای خاصیت خاصی به نام bandgap است که به آن اجازه می دهد تا هر دو نور را جذب کند و انرژی را از نور به عنوان الکتریسیته استخراج کند.
اکثر پنل های خورشیدی تنها یک ماده جذب کننده مانند سیلیکون دارند. هنگام انتخاب نوار باند مواد جذب، یک اختلاف وجود دارد. با یک نوار باریک کوچکتر، محدوده گسترده ای از انرژی از خورشید می تواند جذب شود، و جریان بیشتری تولید می کند. با این حال، یک نوار کوچکتر نیز به معنی ولتاژ کوچکتر است که در آن جریان الکتریکی می تواند استخراج شود. از آنجا که ولتاژ الکتریکی ولتاژ ضرب در جریان است، یک نقطه شیرین وجود دارد. اندکی از یک باند گشتاور و سلول خورشیدی ولتاژ جریان بزرگ اما کوچک را تولید می کند و در مقابل برای بیش از حد بزرگ از یک باند جابجایی است.
Tandems این مزیت را به حداقل می رساند. هنگام استفاده از دو جذب کننده، هر جذبی در بخشی از طیف خورشید متخصص است و نه یک جذب کننده تنها برای کل طیف خورشید. اولین جذب مسئول تمام ذرات قابل مشاهده و ماوراء بنفش نور یا فوتون است. در زیر آن، جذب دوم مسئول فوتون های مادون قرمز است. با داشتن این جذب کننده های تخصصی، از دست دادن انرژی به دست می آید که وقتی نور خورشید به عنوان گرما از دست می رود، به جای جریان الکتریکی از بین می رود.
ما از متال هالید perovskite به عنوان اولین جذب کننده استفاده می کنیم تا نور ماوراء بنفش و نور مرئی و سیلیکون را به عنوان جذب دوم جذب نور مادون قرمز بدست آوریم.
متال هالید perovskite: جذب تخصصی
مواد جدید فتوولتائیک جدید، متال هالید perovskite است. کلمه “perovskite” در واقع ساختار بلوری از هر ماده ساخته شده از سه جزء را در نسبت ۱: ۱: ۳ توصیف می کند. متال هالید perovskite مورد استفاده برای فتوولتائیک ها یک بخش فلزی (معمولا سرب)، سه قسمت هالید (معمولا ید)، و یک مولکول آلی مولکولی (معمولا مولکولی به نام methylammonium) است. هنگامی که سرب، ید و متیل آمونیوم به یک ساختار کریستال پروسویت متصل می شوند، یک ماده نیمه هادی تشکیل می شود.
متال هالید perovskite مواد نادر و هیجان انگیز است. این کار به خوبی به عنوان یک سلول خورشیدی کار می کند و متخصص در جذب فرابنفش و فوتون قابل مشاهده است. به دلایل متعددی، مواد بسیار کمی به عنوان سلول های خورشیدی کار می کنند و تعداد بسیار کمی از این مواد سلول خورشیدی در این بخشی از طیف خورشیدی تخصص دارند. این یک دلیل عمده است که سلولهای خورشیدی درون سلول به طور گسترده ای مورد استفاده قرار نمی گیرند.
این می تواند به طور کامل با استفاده از فرآیندهای شبیه به چاپ روزنامه ها تشکیل شده است. Perovskite به عنوان محلول شبیه به یک جوهر حل شده و بر روی یک کاغذ شیشه ای یا سیلیکون چاپ می شود، به عنوان یک روزنامه بر روی کاغذ چاپ شده است. این فرآیندها بسیار ارزان هستند. شاید بیشترین شگفت انگیز این است که سلول خورشیدی وقتی این کار را می کند، به خوبی کار می کند. بیشتر تکنولوژی های سلول خورشیدی که به خوبی کار می کنند نیاز به پردازش و ابزارهای گران یا تخصصی دارند.
نمونه برداری
در آزمایشات ما، ما دو لایه منحصر به یک سلول خورشیدی دو طرفه که در سلول های خورشیدی سیلیکونی رایج استفاده نمی شود. ما یک لایه اتصال الکتریکی ایجاد کردیم که یک اتصال تونلی را از سیلیکون متصل می کند که دو ماده جذب نور را به هم متصل می کند.
ما همچنین یک الکترود شفاف ایجاد کردیم که الکتریسیته را هدایت می کند و نور را از طریق آن عبور می کند تا سلول های خورشیدی را به سیم های خارجی وصل کند تا قدرت را بتوان استخراج کرد. ما این الکترود شفاف را از یک شبکه نانوسیم نقره ای ساخته ایم که شبیه یک حصار زنجیره ای است که از سیم ساخته شده است که یک هزار بار نازک تر از عرض یک موی انسان است. با این لایه ها می توانیم لایه های دیگر را در یک سلول خورشیدی چند لایه طراحی کنیم.
طراحی مواد جذب نور در کنار یکدیگر از سلول های خورشیدی استاندارد متفاوت است. در حالی که کارهای زیادی انجام می شود، این سلول های خورشیدی دوگانه ساخته شده از سیلیکون و متال هالید perovskites قول مهمی برای ادامه تحول صنعت خورشیدی دارند.
