گروه صنعتی بهین انرژی در این مقاله شما را با یکی از اخرین دستاوردهای پژوهشی در حوزه انرژیهای تجدید پذیر آَشنا خواهد کرد.
کنجکاوی فراوان در سلولهای خورشیدی لایه نازک (SC) بر اساس نور خورشید به عنوان فراوان‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر است. سلولهای خورشیدی لایه نازک نسل اول از فناوری فتوولتائیک استفاده می‌کنند که مبتنی بر لایه‌های کریستالی ضخیم سلولهای Si است.
سیلیکون ماده نیمه‌هادی رایج برای سلولهای خورشیدی لایه نازک تجاری است که تقریباً 90 درصد از بازار فعلی سلولهای فتوولتائیک را تشکیل می‌دهد. رایج‌ترین سلولهای مورد استفاده در ساخت پنل‌های خورشیدی، سلولهای مبتنی بر GaAs هستند. این سلول‌ها قدیمی‌ترین هستند و به دلیل راندمان بسیار بالایشان، پرکاربردترین سلول‌ها می‌باشند. فناوری‌های لایه نازک، تمرکز سلولهای خورشیدی لایه نازک نسل دوم هستند که هدف آنها کاهش هزینه سلولهای خورشیدی لایه نازک نسل اول است.
این سلول‌ها بر اساس موادی ساخته می‌شوند که در طول توسعه سلولهای نسل اول به عنوان مواد بالقوه ارزشمند شناخته شده‌اند و شامل a-Si، µc-Si، CIGS و CdTe می‌شوند. این سلول‌ها به طور قابل توجهی ارزان‌تر از سلولهای قبلی هستند زیرا از کیفیت پایین‌تری و از مقدار کمتری از مواد رسوب شده روی زیرلایه‌های ارزان قیمت استفاده می‌کنند. فناوری نسل سوم بر افزایش راندمان فراتر از حد شاکلی-کویسر (33%) تمرکز دارد و با استفاده از رسوب لایه نازک و مواد جدید، حد کارنو (تقریباً 62%) را هدف قرار می‌دهد.
اگرچه این ممکن است هزینه‌های سطح را افزایش دهد، اما هزینه هر وات پیک را کاهش می‌دهد و از مواد غیرسمی و فراوانی مانند سلولهای مبتنی بر سیلیکون استفاده می‌کند که آنها را برای استقرار فتوولتائیک در مقیاس بزرگ مناسب می‌سازد. برخی حتی از مواد نانوساختار یا آلی برای راندمان تبدیل بالا از طریق فرآیندهایی مانند جمع‌آوری حامل‌های داغ، یونیزاسیون ضربه‌ای یا طرح‌های نیمه‌هادی جدید با سطوح انرژی چندگانه استفاده می‌کنند. با این حال، سلولهای خورشیدی سیلیکونی هنوز از نظر اقتصادی با سوخت‌های فسیلی قابل رقابت نیستند و این امر مستلزم کاهش بیشتر هزینه است. تحقیقات، جایگزین‌هایی مانند سلولهای خورشیدی آلی/پلیمری، پروسکایت، سلولهای نقطه کوانتومی، سلولهای خورشیدی حساس به رنگ (DSSC) و سلولهای چند اتصالی را برای دستیابی به راندمان تبدیل بالا با هزینه‌های کمتر بررسی می‌کند. برای بهبود انتقال بار درون سلول‌ها، محققان در تلاشند تا لایه‌های نازک پلیمری را با نانومواد پایدار، از جمله گرافن و مشتقات آن، اکسیدهای فلزی و نانولوله‌های کربنی، مخلوط کنند.
به دلیل دسترسی گسترده به سیلیکون، این ماده به عنوان جزء اصلی عملکردی سلولهای خورشیدی عمل کرده است. متعاقباً، نیمه‌هادی‌های جدیدی مانند گالیوم آرسنید (GaAs) و کادمیوم تلورید (CdTe) به وجود آمدند. تمایل تحقیقاتی به سمت جستجوی مواد سازگار با محیط زیست و با انرژی کارآمد برای فتوولتائیک‌ها منجر به مولکول‌های آلی، پروسکایت‌ها، رنگ‌ها، نقاط کوانتومی و پلیمرها می‌شود. با این حال، بسته به نسبت بین شکاف باند انرژی و ضریب نوترکیبی تابشی، حداکثر راندمان نظری یک سلول خورشیدی آلی 33٪ است. نیاز اجتماعی به انرژی انعطاف‌پذیرتر، منجر به پیدایش زمینه‌های تحقیقاتی مانند فتوولتائیک‌های آلی (OPV) شده است. از منابع فوق، مشخص شد که پیشرفت قابل توجهی در زمینه OSCها وجود دارد، اما برای بهبود راندمان تبدیل توان، قبل از اینکه بتوان آن را در مقیاس بزرگ تجاری‌سازی کرد و مستقیماً در بهترین فناوری‌های PV آلی موجود در بازار تکمیل کرد، باید کارهای بیشتری انجام شود. در این بررسی، OSCها به همراه مقایسه‌ای با همتایان معدنی آنها بررسی می‌شوند. علاوه بر این، پیشرفت‌های اخیر در این زمینه با تمرکز بر لایه فعال OPVها و پارامترهای دستگاه مربوطه آنها مورد بحث قرار گرفته است تا اجزای پیشرفته OSCها که در منابع به عنوان نمونه ارائه شده‌اند، تجزیه و تحلیل شوند. معماری‌های دستگاه تازه تکامل یافته، مانند سه‌تایی و پشت سر هم، همراه با معماری‌های معمول مانند دولایه و هتروجانکشن‌های توده‌ای، شرح داده شده‌اند. چند نمونه از مورفولوژی‌های پردازش شده از طریق حلال‌های سبز مورد بحث قرار گرفته است.
عملکرد برخی از دستگاه‌های کارآمد در مقیاس بزرگ (بزرگتر از ۱ سانتی‌متر مربع) و تکنیک‌های ساخت آنها که برای تجاری‌سازی مناسب هستند، توضیح داده شده است. در پایان مقاله، به برخی از چالش‌های اصلی پیش روی OSCها و رویکردهای بهبود آنها پرداخته شده است که برای محققان در توسعه بیشتر OSCهای پیشرفته مفید خواهد بود.
منبع:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213138824000286
گروه صنعتی بهین انرژی با حمایت از پروژه های پژوهشی در حوزه انرژی خورشیدی و انرژیهای تجدیدپذیر، امادگی خود را برای همکاری با دانشگاهها و موسسات پژوهشی اعلام می دارد.
