ساخت سلول خورشیدی با بهره وری ۲۶ درصد توسط شرکت ژاپنی

این روزها پنل‌های خورشیدی از هر زمان دیگری ارزان‌تر هستند؛ اما نصب آن‌ها برای کاربران خانگی هزینه‌بر است. هر چقدر پنل خورشیدی بهینه‌تر باشد، هزینه‌ی نصب خود را سریع‌تر برمی‌گرداند. بنابراین ساخت پنل‌هایی که در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته بهتر عمل می‌کنند، از تمرکزهای اصلی پژوهش و توسعه‌ی خورشیدی است.

سلول‌های سیلیکونی که یک پنل خورشیدی را می‌سازند، میزان بازده 29 درصد دارند که تاکنون این عدد دست‌نیافتنی بوده است. نرخ بازده تجربی در حدود 20 درصد برای پنل‌های خورشیدی تجاری بسیار خوب محسوب می‌شود. اما پژوهشگران شرکت کانکا، تولید‌کننده‌ی ژاپنی مواد شیمیایی، سلولی با نرخ تبدیل نور 26.3 درصد ساخته‌اند که رکورد قبلی 25.6 را می‌شکند. همین 2.7 درصد افزایش بهره‌وری، قدمی بسیار بزرگ در فناوری سلول‌ خورشیدی تجاری محسوب می‌شود.

پژوهشگران در مقاله‌شان در مجله‌ی Nature Energy، اشاره کرده‌اند که آن‌ها موفق شده‌اند  بازده سلول خود را به 26.6 درصد برسانند. این نتایج توسط آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر به رسمیت شناخته شده‌اند.

پژوهشگران در این مقاله، روند ساخت سلول خورشیدی را تشریح کرده‌اند. آن‌ها سلولی با مساحت 180.4 متر مربع را با استفاده از فیلم‌های نازک و باکیفیت ساخته‌اند. به عبارت دیگر، لایه‌ای از سیلیکون داخل سلول قرار داده‌اند تا به این ترتیب گپ‌های پیوندی را در محل‌هایی که الکترون‌ها در آن وجود ندارند، کاهش دهند. کنترل اتصال‌های ناهمگن، به‌عنوان روشی شناخته‌شده بین سازندگان سلول‌های خورشیدی محسوب می‌شود. پاناسونیک از آن‌ها استفاده می‌کند و احتمالا در نیروگاه شهر خورشیدی در بوفالو توسط تسلا نیز از آن‌ها استفاده می‌شود. کانکا تکنیک‌های اتصال ناهمگن مختص به خود دارد.

پژوهشگران کانکا برای این سلول خورشیدی رکوردشکن، الکترودهایی با مقاومت پایین در جلوی سل قرار داده‌اند که باعث می‌شود تعداد فوتون‌های جذب‌شده افزایش یابد. همان‌طور که در بقیه‌ی سلول‌های خورشیدی معمول است، آن‌ها جلوی سلول را با لایه‌ای از سیلیکون آمورف (فاقد شکل مشخص) و لایه‌ی ضد تابش پوشاندند تا از این راه اجزای سلول را محافظت کنند و فوتون‌ها را به‌صورت بهینه‌تری جمع کنند.

پژوهشگران کانکا پس از توصیف معماری سلول، اتلاف انرژی را که مانع از رسیدن سلول به بازده ایده‌آل 29 درصد می‌شود، مورد تحلیل قرار دادند. انجام این کار به کسانی که در آینده اقدام به ساخت سلول‌های خورشیدی کنند، کمک می‌کند سلول‌هایشان را در جهت رسیدن به بازده ایده‌آل بهینه کنند. پژوهشگران کانکا تخمین می‌زنند که بازده کل، به میزان 0.5 درصد به دلیل مقاومت، 1 درصد به دلیل اتلاف نوری (روش دریافت نور توسط سلول) و 1.2 درصد به دلیل اتلاف ترکیب‌های بیرونی (در این فرایند، الکترون به‌جای آنکه در سیستم جریان پیدا کند، با ذره‌ای با بار مثبت ترکیب می‌شود) کاهش یافته است.

در  متن مقاله ذکر شده است که این سلول خورشیدی با استفاده از فرایندهای صنعتی قابل اجرا مانند دپوزیشن بخار شیمیایی با استفاده از پلاسما (PECVD) که فیلم‌های نازک را از حالت گازی روی یک سطح جامد می‌نشاند، ساخته‌اند.

نویسنده‌ی مقاله اشاره کرده است که کار بیشتری باید برای تبدیل این سلول‌ها به پنل‌های خورشیدی تجاری انجام شود. پژوهش کانکا توسط سازمان توسعه‌ی انرژی‌های جدید و فناوری‌های صنعتی ژاپن (NEDO) بنیان گذاشته شد. کمپانی کانکا همکاری خود را با این سازمان ادامه خواهد داد تا قیمت سلول‌های خورشیدی را تا سال 2030 به 0.06 دلار به ازای هر کیلووات ساعت کاهش دهد.