سلول های خورشیدی شفاف، پنجره های خانه را نیروگاه فراوری برق می نماید - وبلاگ موتناوه

به گزارش وبلاگ موتناوه، سلول های خورشیدی شفاف، برای ساخت پنجره های تولیدکننده برق به کار گرفته خواهند شد

وبلاگ موتناوه| تحقیقات صورت گرفته به وسیله دانشگاه میشیگان نشان می دهد که طراحی نو سلول های خورشیدی شفاف می تواند بازدهی بالایی با عمر مفید 30 ساله داشته باشند. این نتایج ممکن است راه را برای پنجره هایی که انرژی خورشیدی هم تأمین می نمایند، هموار کند.

استفان فارست، استاد برجسته مهندسی برق دانشگاه پیتر ای فرانکن، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، می گوید: انرژی خورشیدی مقرون به صرفه ترین نوع انرژی است که بشر از زمان انقلاب صنعتی تا به امروز فراوری نموده است. با استفاده از این وسایل در پنجره ها، ساختمان شما به یک نیروگاه فراوری برق تبدیل می گردد.

به گزارش وبلاگ موتناوه؛ در حالی که سیلیکون همچنان در کارایی صنعت فراوری صفحات خورشیدی پادشاهی می نماید، اما مشکل اصلی آن این است که شفاف نیست. برای پنل های خورشیدی مناسب پنجره، محققان در حال آنالیز 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 مولکول هایی است که الکترون های فراوری شده به وسیله نور را به الکترود ها منتقل می نماید، نقاط ورودی به مداری است که از انرژی خورشیدی استفاده می نماید یا ذخیره می نماید. این مواد عموماً به اسم پذیرنده های غیر فولرن شناخته می شوند تا آن ها را از پذیرنده های فولرن قوی تر، اما با کارایی کمتر ساخته شده از مش کربن در مقیاس نانو متمایز نمایند. سلول های خورشیدی ساخته شده با گیرنده های غیر فولرن که گوگرد را در خود جای داده اند می توانند به راندمان 18 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 نماینده نور خورشید، بازدهی در کمتر از 40 درصد از اندازه اولیه آن در مدت 12 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، می گوید: گیرنده های غیر فولرنی کارایی بسیار بالایی دارند، اما حاوی پیوند های ضعیفی هستند که به راحتی در زیر فوتون های با انرژی بالا، به ویژه فوتون های ماوراء بنفش متداول در نور خورشید، از هم جدا می شوند.

با مطالعه ماهیت تخریب در سلول های خورشیدی محافظت نشده، تیم تشخیص داد که آن ها فقط احتیاج به تقویت در چند مکان دارند. اول، آن ها باید آن اشعه ماوراء بنفش را مسدود نمایند. برای این منظور، آن ها یک لایه اکسید روی-یک ماده رایج ضد آفتاب-را در قسمت شیشه ای که رو به خورشید است، اضافه کردند.

یک لایه نازک اکسید روی در کنار ناحیه جذب نور به رساندن الکترون های فراوری شده به وسیله خورشید به الکترود یاری می نماید. متأسفانه، جذب نماینده نور شنماینده هم تجزیه می گردد، بنابراین تیم یک لایه از مواد مبتنی بر کربن به نام IC-SAM را به اسم بافر اضافه کردند.

علاوه بر این، الکترودی که حفره های با بار مثبت (عمدتاً فضا های خالی شده به وسیله الکترون) را به داخل مدار می کشاند، بعلاوه می تواند با جاذب نور واکنش نشان دهد. آن ها برای محافظت از آن جناح، یک لایه بافر دیگر اضافه کردند، این یکی فولرن شبیه توپ فوتبال بود.

سپس تیم دفاع دفاعی نو خود را تحت شدت های مختلف نور خورشید شبیه سازی شده، از 1 واحد تابش خورشیدی تا نور 27 واحد تابشی و دمای تا 66 درجه سانتیگراد آزمایش کردند. با مطالعه نحوه افت عملکرد در این شرایط، تیم استنباط کرد که سلول های خورشیدی همچنان پس از 30 سال با کارایی 80 درصد کار خواهند کرد.

تیمِ فارست در حال حاضر شفافیت ماژول را به 40 درصد افزایش داده است. آن ها معتقدند که می توانند به شفافیت 60 درصدی هم نزدیک شوند.

آن ها بعلاوه در حال افزایش کارایی ماژول های نیمه شفاف از 10 درصد به نزدیک به 15 درصد هستند، که تصور می گردد در شفافیت بالا امکان پذیر است. از آنجا که مواد را می توان به صورت مایعات آماده کرد، انتظار می رود هزینه های فراوری نسبتاً کم باشد.

بخشی از تحقیقات در تاسیسات نانو فراوری U-M Lurie صورت گرفته است. فارست بعلاوه استاد مهندسی پل جی گوبل است. او استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر، فیزیک و علوم و مهندسی مواد هم می باشد است.

منبع: University of Michigan