ساخت سلول خورشيدی توسط شرکت ژاپنی
اين روزها پنلهای خورشيدی از هر زمان ديگری ارزانتر هستند؛ اما نصب آنها برای کاربران خانگی هزينهبر است. هر چقدر پنل خورشيدی بهينهتر باشد، هزينهی نصب خود را سريعتر برميگرداند. بنابراين ساخت پنلهايی که در تبديل نور خورشيد به الکتريسيته بهتر عمل ميکنند، از تمرکزهای اصلی پژوهش و توسعهی خورشيدی است.
سلولهای سيليکونی که يک پنل خورشيدی را ميسازند، ميزان بازده ۲۹ درصد دارند که تاکنون اين عدد دستنيافتنی بوده است. نرخ بازده تجربی در حدود ۲۰ درصد برای پنلهای خورشيدی تجاری بسيار خوب محسوب ميشود. اما پژوهشگران شرکت کانکا، توليدکنندهی ژاپنی مواد شيميايی، سلولی با نرخ تبديل نور ۲۶.۳ درصد ساختهاند که رکورد قبلی ۲۵.۶ را ميشکند. همين ۲.۷ درصد افزايش بهرهوری، قدمی بسيار بزرگ در فناوری سلول خورشيدی تجاری محسوب ميشود.
پژوهشگران در مقالهشان در مجلهی Nature Energy، اشاره کردهاند که آنها موفق شدهاند بازده سلول خود را به ۲۶.۶ درصد برسانند. اين نتايج توسط آزمايشگاه ملی انرژی های تجديدپذير به رسميت شناخته شدهاند.
پژوهشگران در اين مقاله، روند ساخت سلول خورشيدی را تشريح کردهاند. آنها سلولی با مساحت ۱۸۰.۴ متر مربع را با استفاده از فيلمهای نازک و باکيفيت ساختهاند. به عبارت ديگر، لايهای از سيليکون داخل سلول قرار دادهاند تا به اين ترتيب گپهای پيوندی را در محلهايی که الکترونها در آن وجود ندارند، کاهش دهند. کنترل اتصالهای ناهمگن، بهعنوان روشی شناختهشده بين سازندگان سلولهای خورشيدی محسوب ميشود. پاناسونيک از آنها استفاده ميکند و احتمالا در نيروگاه شهر خورشيدی در بوفالو توسط تسلا نيز از آنها استفاده ميشود. کانکا تکنيکهای اتصال ناهمگن مختص به خود دارد.
پژوهشگران کانکا برای اين سلول خورشيدی رکوردشکن، الکترودهايی با مقاومت پايين در جلوی سل قرار دادهاند که باعث ميشود تعداد فوتونهای جذبشده افزايش يابد. همانطور که در بقيهی سلولهای خورشيدی معمول است، آنها جلوی سلول را با لايهای از سيليکون آمورف (فاقد شکل مشخص) و لايهی ضد تابش پوشاندند تا از اين راه اجزای سلول را محافظت کنند و فوتونها را بهصورت بهينهتری جمع کنند.
پژوهشگران کانکا پس از توصيف معماری سلول، اتلاف انرژی را که مانع از رسيدن سلول به بازده ايدهآل ۲۹ درصد ميشود، مورد تحليل قرار دادند. انجام اين کار به کسانی که در آينده اقدام به ساخت سلولهای خورشيدی کنند، کمک ميکند سلولهايشان را در جهت رسيدن به بازده ايدهآل بهينه کنند. پژوهشگران کانکا تخمين ميزنند که بازده کل، به ميزان ۰.۵ درصد به دليل مقاومت، ۱ درصد به دليل اتلاف نوری (روش دريافت نور توسط سلول) و ۱.۲ درصد به دليل اتلاف ترکيبهای بيرونی (در اين فرايند، الکترون بهجای آنکه در سيستم جريان پيدا کند، با ذرهای با بار مثبت ترکيب ميشود) کاهش يافته است.
در متن مقاله ذکر شده است که اين سلول خورشيدی با استفاده از فرايندهای صنعتی قابل اجرا مانند دپوزيشن بخار شيميايی با استفاده از پلاسما (PECVD) که فيلمهای نازک را از حالت گازی روی يک سطح جامد مينشاند، ساختهاند.
نويسندهی مقاله اشاره کرده است که کار بيشتری بايد برای تبديل اين سلولها به پنلهای خورشيدی تجاری انجام شود. پژوهش کانکا توسط سازمان توسعهی انرژی های جديد و فناوری های صنعتی ژاپن (NEDO) بنيان گذاشته شد. کمپانی کانکا همکاری خود را با اين سازمان ادامه خواهد داد تا قيمت سلولهای خورشيدی را تا سال ۲۰۳۰ به ۰.۰۶ دلار به ازای هر کيلووات ساعت کاهش دهد.
