چینی‌ها به دنبال قوی‌ترین و فوق نازک‌ترین سلول خورشیدی سیلیکونی جهان

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی ستون فقرات برق تولید شده توسط خورشید در جهان هستند و حدود ۹۵ درصد از سلول‌های خورشیدی در بازار فتوولتائیک را تشکیل می‌دهند. با کاهش هزینه‌های تولید برق، سلول‌های خورشیدی استفاده گسترده‌تری در مزارع خورشیدی روی زمین و فتوولتائیک‌های توزیع شده داشته‌اند.

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی کریستالی که از ویفرهای سیلیکونی ساخته شده‌اند، بالغ‌ترین و پرمصرف‌ترین فناوری انرژی فتوولتائیک هستند، اما با دو چالش تکنولوژیکی بزرگ روبرو هستند.

یک مشکل این است که راندمان تبدیل توان سلول‌های سیلیکونی با مساحت بزرگ به ۲۶ درصد محدود می‌شود. مانع دیگر ضخامت سلول است – معمولاً ۱۵۰ تا ۱۸۰ میکرومتر (۰٫۱۵ میلی‌متر تا ۰٫۱۸ میلی‌متر) که استفاده از آن را در برنامه‌هایی که به مواد انعطاف‌پذیرتر و سبک‌تر نیاز دارند، مانند سقف‌های منحنی، ماهواره‌ها و ایستگاه‌های فضایی دشوار می‌سازد.

به‌عنوان مثال، هواپیماها سنگین وزن از سلول‌های خورشیدی لایه نازک، دسته وسیع دیگری از سلول‌های خورشیدی استفاده می‌کنند. با این حال، آن‌ها گران هستند، طول عمر کوتاهی دارند و برای نیازهای تجاری مناسب نیستند. سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر سیلیکونی توسعه‌یافته محققین چینی بسیار نازک‌تر و سبک‌تر از مدل‌های مشابه معمولی خود هستند و از راندمان انرژی بالایی برخوردارند.

سلول‌های سیلیکونی کریستالی جدید به نازکی ۵۰ میکرومتر هستند – نازک‌تر از یک ورق کاغذ A4 – که می‌توانند به‌صورت رول خم شوند و بسیار کارآمدتر از نمونه‌های معمولی هستند. سلول‌های خورشیدی سیلیکونی کریستالی به عنوان یک ساختار «ساندویچی» شناخته می‌شوند، به این معنی که بستر ویفر آن‌ها – لایه میانی – بیش از ۹۹ درصد ضخامت سلول را تشکیل می‌دهد.

دانشمندان در سراسر جهان از روش‌های مختلفی برای توسعه سلول‌های خورشیدی استفاده می‌کنند که سبک‌تر، انعطاف‌پذیرتر، کارآمدتر و از نظر تجاری قابل‌دوام هستند.

سال ۲۰۲۳، گروهی از دانشمندان مؤسسه میکروسیستم و فناوری اطلاعات شانگهای، دانشگاه علم و فناوری چانگشا و بخش علوم و مهندسی کامپیوتر، برق و ریاضیات در دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله گزارش دادند که سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با ضخامت فقط ۶۰ میکرومتر را توسعه دادند که می‌توانستند مانند یک صفحه کاغذ تا شوند.

اما محصول تیم چینی از این مقدار هم نازک‌تر است. نازک کردن ویفر نه‌تنها وزن و هزینه [سلول‌های خورشیدی] را کاهش می‌دهد، بلکه جداسازی بار را تسهیل می‌کند. با این حال، سلول‌های خورشیدی سیلیکونی نازک‌تر معمولاً در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته کمتر از سلول‌های ضخیم‌تر کارآمد هستند.

سلول‌های سیلیکونی کریستالی نازک قبلی – با ضخامت کمتر از ۱۵۰ میکرومتر که با استفاده از تکنیک‌های مرسوم تولید می‌شدند – دارای راندمان تبدیل توان (PCE) بودند که از ۲۳٫۲۷ تا ۲۴٫۷ درصد متغیر بود. در این مطالعه، دانشمندان پنج نوع سلول نازک با ضخامت ۵۵ تا ۱۳۰ میکرومتر تولید کردند که همگی دارای PCE بیش از ۲۶ درصد بودند.

این سلول‌های خورشیدی فوق نازک نیز قابل خم شدن هستند. در حالی که نمی‌توان آن را از وسط تا کرد، اما می‌توان آن را به هر انحنای خم کرد. سلول‌های خورشیدی که انعطاف‌پذیر هستند، امکانات کاربردی بسیار بیشتری دارند، از جمله استفاده در صنعت هوافضا، بالگردها، پهپادها و دستگاه‌های هوشمند پوشیدنی.

محققان در حال کار برای توسعه سلول‌های سیلیکونی کریستالی انعطاف‌پذیرتر و کارآمدتر هستند که می‌توانند روزی به اندازه یک رول فیلم قابل‌حمل باشند.

منبع: scmp