سلول های خورشیدی شفاف با طول عمر 30 ساله! - دوست داشتنی ها

به گزارش ایسنا و به نقل از وب سایت رسمی دانشگاه میشیگان، پژوهشگران باور دارند که طراحی سلول های خورشیدی به صورت شفاف، می تواند به آن ها بازدهی بالا و عمر 30ساله بدهد. پژوهشی که به سرپرستی دانشگاه میشیگان (University of Michigan) اجرا شده است، می تواند راه را برای ابداع پنجره هایی هموار کند که نیروی خورشیدی را تامین می کنند.

استفن فارست (Stephen Forrest)، از پژوهشگران این پروژه گفت: انرژی خورشیدی، ارزان ترین نوع انرژی به تعداد می رود که بشر از زمان انقلاب صنعتی تا به امروز تولید کرده است. با به کار گرفتن سلول های خورشیدی روی پنجره ها، ساختمان شما به یک نیروگاه تبدیل می شود.

اگرچه سیلیکون همچنان برای افزایش کارآیی سلول های خورشیدی، سرآمد است، اما شفاف نیست. پژوهشگران برای ابداع سلول های خورشیدی سازگار با پنجره، مواد آلی یا مبتنی بر کربن را بررسی کرده اند. چالش پیش روی فارست و گروهش این بود که چگونه از تجزیه سریع مواد آلی کارآمد هنگام استفاده از آن ها جلوگیری کنند.

قدرت و ضعف این مواد در مولکول هایی است که الکترون های تولیدشده از طریق نور را به الکترود ها منتقل می کنند تا انرژی خورشیدی در آن ها ذخیره شود. این مواد معمولا با نام گیرنده های غیر فولرن (NFAs) شناخته می شوند که آن ها را از گیرنده های فولرن (Fullerene acceptors) که قوی تر هستند، اما کارآیی کمتری دارند، متمایز می کند. سلول های خورشیدی ساخته شده با گیرنده های غیر فولرن که گوگرد را در خود جای داده اند، می توانند به کارآیی 18 درصدی دست یابند، اما عمر طولانی ندارند.

پژوهشگران دانشگاه میشیگان در این پروژه که با همکاری پژوهشگران دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی (NC State)، دانشگاه تیانجین (Tianjin University) و دانشگاه ججیانگ (Zhejiang University) اجرا شده است، تلاش کردند تا این موضوع را تغییر دهند.

این گروه پژوهشی در آزمایش های خود نشان دادند که بدون محافظت از مواد تبدیل کننده نور خورشید، بازدهی طی 12 هفته افت می کند.

یونگشی لی (Yongxi Li)، پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: کارآیی گیرنده های غیر فولرن، بالا است، اما پیوند های ضعیفی دارند که با قرار گرفتن در معرض فوتون های دارای انرژی بالا به ویژه فوتون های ماوراءبنفش که به صورت متداول در نور خورشید وجود دارند، جدا می شوند.

پژوهشگران با بررسی ماهیت تجزیه در سلول های خورشیدی محافظت نشده، دریافتند که به تقویت کردن چند بخش نیاز دارند. آن ها ابتدا باید جلوی ورود پرتو ماوراءبنفش را بگیرند. بدین منظور، یک لایه اکسید روی را به قسمت شیشه ای سلول ها که رو به خورشید است، اضافه کردند.

وجود یک لایه نازک اکسید روی در کنار ناحیه جذب نور، به رساندن الکترون های تولیدشده از طریق خورشید به الکترود کمک می کند. از آنجا که جذب کننده نور هم تجزیه می شود، پژوهشگران یک لایه از مواد مبتنی بر کربن موسوم به IC-SAM را هم اضافه کردند.

پژوهشگران، سیستم دفاعی تازه خود را در معرض شدت های گوناگون نور شبیه سازی شده خورشید آزمایش کردند و دریافتند که سلول های خورشیدی تازه آن ها پس از گذشت 30 سال هم همچنان کارآیی بالایی خواهند داشت.

فارست و گروهش در حال حاضر اندازه شفافیت سلول های خورشیدی را تا 40 درصد افزایش داده اند و باور دارند که می توانند به شفافیت 60 درصدی برسند. همچنین آن ها در حال رساندن کارآیی سلول های خورشیدی از 10 درصد به حدود 15 درصد هستند.

از آنجا که این مواد را می توان به صورت مایع آماده کرد، انتظار می رود که هزینه های تولید، نسبتا کم باشند.

این پژوهش، در مجله Nature Communications به چاپ رسیده است.