سلول‌های خورشیدی شفاف، پنجره‌های خانه را نیروگاه تولید برق می‌کند

به گزارش پایگاه خبری ساتکاب به نقل از استفان فارست، استاد برجسته مهندسی برق دانشگاه پیتر‌ای فرانکن، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، می‌گوید: "انرژی خورشیدی ارزان‌ترین نوع انرژی است که بشر از زمان انقلاب صنعتی تاکنون تولید کرده است. با استفاده از این وسایل در پنجره‌ها، ساختمان شما به یک نیروگاه تولید برق تبدیل می‌شود. "

به گزارش فرادید؛ در حالی که سیلیکون همچنان در کارایی صنعت تولید صفحات خورشیدی پادشاهی می‌کند، اما مشکل اصلی آن این است که شفاف نیست. برای پنل‌های خورشیدی مناسب پنجره، محققان در حال بررسی مواد آلی (مواد مبتنی بر کربن) هستند. چالش تیم فارست این بود که چگونه از تجزیه سریع مواد آلی بسیار کارآمد در حین استفاده جلوگیری کند.
 
قدرت و ضعف این مواد در مولکول‌هایی است که الکترون‌های تولید شده توسط نور را به الکترود‌ها منتقل می‌کند، نقاط ورودی به مداری است که از انرژی خورشیدی استفاده می‌کند یا ذخیره می‌کند. این مواد عموماً به عنوان "پذیرنده‌های غیر فولرن" شناخته می‌شوند تا آن‌ها را از "پذیرنده‌های فولرن" قوی تر، اما با کارایی کمتر ساخته شده از مش کربن در مقیاس نانو متمایز کنند. سلول‌های خورشیدی ساخته شده با گیرنده‌های غیر فولرن که گوگرد را در خود جای داده اند می‌توانند به راندمان ۱۸ درصدی سیلیکون دست یابند، اما عمر طولانی ندارند.

این تیم، از جمله محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و دانشگاه تیانجین و دانشگاه ژجیانگ در چین، تصمیم به تغییر آن گرفتند. محققان در آزمایشات خود نشان دادند که بدون محافظت از مواد تبدیل کننده نور خورشید، بازدهی در کمتر از ۴۰ درصد از مقدار اولیه آن در مدت ۱۲ هفته کاهش یافت.

یونگسی لی، دستیار محقق UM در مهندسی برق و علوم کامپیوتر و از نویسندگان اصلی این مقاله که در مجله Nature Communications منتشر شده است، می‌گوید: "گیرنده‌های غیر فولرنی کارایی بسیار بالایی دارند، اما حاوی پیوند‌های ضعیفی هستند که به راحتی در زیر فوتون‌های با انرژی بالا، به ویژه فوتون‌های ماوراء بنفش متداول در نور خورشید، از هم جدا می‌شوند. "

با مطالعه ماهیت تخریب در سلول‌های خورشیدی محافظت نشده، تیم تشخیص داد که آن‌ها فقط نیاز به تقویت در چند مکان دارند. اول، آن‌ها باید آن اشعه ماوراء بنفش را مسدود کنند. برای این منظور، آن‌ها یک لایه اکسید روی-یک ماده رایج ضد آفتاب-را در قسمت شیشه‌ای که رو به خورشید است، اضافه کردند.

یک لایه نازک اکسید روی در کنار ناحیه جذب نور به رساندن الکترون‌های تولید شده توسط خورشید به الکترود کمک می‌کند. متأسفانه، جذب کننده نور شکننده نیز تجزیه می‌شود، بنابراین تیم یک لایه از مواد مبتنی بر کربن به نام IC-SAM را به عنوان بافر اضافه کردند.

علاوه بر این، الکترودی که "حفره های" با بار مثبت (عمدتاً فضا‌های خالی شده توسط الکترون) را به داخل مدار می‌کشاند، همچنین می‌تواند با جاذب نور واکنش نشان دهد. آن‌ها برای محافظت از آن جناح، یک لایه بافر دیگر اضافه کردند، این یکی فولرن شبیه توپ فوتبال بود.

سپس تیم دفاع دفاعی جدید خود را تحت شدت‌های مختلف نور خورشید شبیه سازی شده، از ۱ واحد تابش خورشیدی تا نور ۲۷ واحد تابشی و دمای تا ۶۶ درجه سانتیگراد آزمایش کردند. با مطالعه نحوه افت عملکرد در این شرایط، تیم استنباط کرد که سلول‌های خورشیدی همچنان پس از ۳۰ سال با کارایی ۸۰ درصد کار خواهند کرد.

تیمِ فارست در حال حاضر شفافیت ماژول را به ۴۰ درصد افزایش داده است. آن‌ها معتقدند که می‌توانند به شفافیت ۶۰ درصدی نیز نزدیک شوند.

آن‌ها همچنین در حال افزایش کارایی ماژول‌های نیمه شفاف از ۱۰ درصد به نزدیک به ۱۵ درصد هستند، که تصور می‌شود در شفافیت بالا امکان پذیر است. از آنجا که مواد را می‌توان به صورت مایعات آماده کرد، انتظار می‌رود هزینه‌های تولید نسبتاً کم باشد.

بخشی از تحقیقات در تاسیسات نانو تولید U-M Lurie انجام شده است. فارست همچنین استاد مهندسی پل جی گوبل است. او استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر، فیزیک و علوم و مهندسی مواد نیز می‌باشد است.

منبع: University of Michigan