۲۸ درصد بازدهی بیشتر با پیشرفت انقلابی در سلول‌های خورشیدی

محققان دانشگاه مستقل کرتارو (UAQ) در مکزیک موفق به دستیابی به پیشرفتی مهم در افزایش بازده سلول‌های خورشیدی نوع Cu₂BaSn (S,Se) ₄ شدند؛ سلول‌هایی که به‌دلیل استفاده از عناصر فراوان در طبیعت و غیرسمی، یکی از گزینه‌های امیدبخش در مسیر توسعه انرژی‌های پاک به شمار می‌روند.

بر اساس گزارشی از لاتا ماراسامی، استاد پژوهشی در دانشگاه UAQ، که در پایگاه علمی TechXplore منتشر شده است، تیم تحقیقاتی این دانشگاه با بهره‌گیری از نرم‌افزار شبیه‌ساز SCAPS-۱D، توسعه‌یافته توسط دانشگاه خنت بلژیک، موفق شده‌اند راندمان تبدیل انرژی این نوع از سلول‌های خورشیدی را به‌طور چشم‌گیری افزایش دهند.

افزایش راندمان از ۶ به ۲۸ درصد با ۷۸۰ پیکربندی مختلف

بازدهی یا راندمان، یکی از شاخص‌های کلیدی در فناوری پنل‌های خورشیدی است، چرا که میزان انرژی الکتریکی تولیدی از تابش خورشید را تعیین می‌کند. در حال حاضر، رکورد جهانی راندمان سلول‌های خورشیدی با ۴۷.۶ درصد در اختیار مؤسسه فرانهوفر آلمان (Fraunhofer ISE) قرار دارد که در سال ۲۰۲۲ به این رکورد دست یافت. در مقابل، راندمان متوسط پنل‌های خورشیدی تجاری حدود ۲۱ درصد است.

تیم دانشگاه UAQ نیز در ابتدا تنها به بازدهی ۶.۱۷ درصد در طراحی اولیه خود دست یافته بود، اما با اجرای راهکار‌های ارتقاء و انجام بیش از ۷۸۰ پیکربندی شبیه‌سازی‌شده مختلف، موفق شدند راندمان این سلول‌ها را تا سطح قابل توجه ۲۸ درصد افزایش دهند.

تحول در طراحی ساختاری برای افزایش بهره‌وری

مواد مورد استفاده در ساخت این سلول‌ها شامل ترکیبی از مس، باریم، قلع، گوگرد و سلنیوم است؛ عناصری که همگی به‌وفور در پوسته زمین یافت می‌شوند و برخلاف برخی مواد رایج در فناوری‌های خورشیدی، خطرات زیست‌محیطی کمتری دارند.

تغییرات کلیدی در طراحی ساختاری سلول‌ها شامل افزودن پوشش ضدبازتاب (anti-reflection coating) برای کاهش تلفات نوری، جایگزینی فلز مولیبدن با نیکل به‌منظور بهبود تماس اهمی، و همچنین استفاده از لایه «میدان سطح پشتی» (Back Surface Field) از جنس یدید مس برای تقویت پیوند میدان الکتریکی بوده است.

با اعمال این تغییرات، راندمان سلول‌ها تا ۱۰ درصد بهبود یافت، اما تیم تحقیقاتی به این سطح بسنده نکرد. در ادامه، با بررسی دقیق ضخامت لایه‌ها و تراکم حامل‌ها در پیکربندی‌های گوناگون، توانستند به نقطه بهینه‌ای برسند که بازده نهایی را تا ۲۸ درصد افزایش داد.

گامی به‌سوی آینده‌ای پاک و پایدار

ماراسامی در این گزارش تأکید کرد که این موفقیت می‌تواند مقدمه‌ای برای ورود به عصری نوین از راهکار‌های خورشیدی پایدار و با کارایی بالا باشد. سلول‌های نازک‌تر و کارآمدتر می‌توانند زمینه‌ساز توسعه بیشتر انرژی فتوولتائیک در زیرساخت‌های انرژی پاک و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی باشند؛ موضوعی که نقش مهمی در کاهش آلودگی‌های گرمایش جهانی ایفا می‌کند.

علاوه بر این، سامانه‌های خورشیدی می‌توانند به مصرف‌کنندگان در کاهش هزینه‌های انرژی و بهبود پایداری شبکه برق کمک کنند؛ مزیتی که هم از منظر اقتصادی و هم زیست‌محیطی حائز اهمیت است.

ماراسامی در پایان خاطرنشان کرد: «ما به‌صورت جمعی به‌سوی عصری نوین از راهکار‌های خورشیدی پایدار و با عملکرد بالا در حرکت هستیم؛ آینده‌ای که در آن، فناوری فتوولتائیک نقش کلیدی در منظومه انرژی جهانی ایفا خواهد کرد.»

انتهای پیام/