ثبت رکوردی جدید در بازدهی سلول‌های خورشیدی

محققان با بهره‌گیری از شرایط واقعی، رکوردی جهانی را در بازدهی سلول‌های خورشیدی ثبت کردند.

به گزارش ایتنا و به نقل از ایندیپندنت، تیمی از آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر وزارت انرژی ایالات متحده (NREL) برای دستیابی به بازدهی  ۳۹.۵ درصد، از یک سلول خورشیدی «چاه کوانتومی» استفاده کردند.

این فناوری، شامل انباشتن صدها لایه از مواد، به منظور به حداکثر رساندن جذب الکترون‌هایی است که انرژی خود را از فوتون‌های خورشید می‌گیرند.

این ساختار چاه کوانتومی در نوعی از سلول‌های خورشیدی به نام سلول‌های خورشیدی چند اتصالی استفاده شد که معمولا در ماهواره‌ها و فضاپیماهای مورد استفاده در برنامه‌های فضایی مریخ‌نورد، به کار گرفته می‌شوند.

پیچیدگی و هزینه ساخت آن‌ها موجب شده است که تاکنون به کاربردهای تخصصی محدود شوند، اگرچه پژوهشگران می‌گویند که طراحی جدید می‌تواند در حالت‌های بسیار گسترده‌تری مورد استفاده قرار گیرد.

مایلز استاینر، فیزیکدان آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر وزارت انرژی ایالات متحده (NREL) می‌گوید: «سلول خورشیدی جدید کارآمدتر است و طراحی ساده‌تری دارد که ممکن است برای انواع کاربردهای تازه‌، ازجمله کاربرد در مناطق به شدت محدود شده یا کاربردهای فضایی با تشعشع پایین سودمند باشد».

این پژوهش در مقاله‌ای با عنوان «سلول‌های خورشیدی با اتصال سه‌گانه با بهره‌وری ۳۹.۵ درصدی در زمین و ۳۴.۲ درصد در فضا توسط ابرشبکه‌های ضخیم چاه‌های کوانتومی» در شماره این ماه مجله ژول منتشر شده است.

دستگاه انرژی خورشیدی که تیم آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر وزارت انرژی ایالات متحده ساخته است، با سه اتصال تولید شده و هر اتصال برای دریافت بخش متفاوتی از طیف خورشید تنظیم شده است.

ایده مبتکرانه اصلی، افزودن اتصال میانی بود که از آرسنید گالیم (GaAs) ساخته شده است، جایی که چاه‌های کوانتومی در آن قرار گرفتند. این جایگیری به آرسنید گالیم امکان می‌دهد تا میزان نوری را که سلول خورشیدی می‌تواند جذب کند، افزایش دهد.

رایان فرانس از آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر وزارت انرژی ایالات متحده که در کنار دکتر استاینر روی این پروژه کار کرده است، می‌گوید: «ما در حالی که کیفیت عالی مواد را حفظ کردیم، با استفاده از چاه‌های کوانتومی، شکاف باند را تغییر دادیم، که این موضوع، کارکرد این دستگاه و احتمالا سایر کاربردها را ممکن می‌کند.»

سازندگان این اختراع مبتکرانه، راهی برای غلبه بر هزینه‌های بالای تولید را جست‌وجو می‌کنند و اکنون پژوهشگران در تلاش‌اند تا این سلول‌های خورشیدی را برای کاربردهای محدودتر، ازنظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر کنند.

در حالی که قوانین ترمودینامیک بیان می‌کنند که دستیابی به میزان بازدهی ۱۰۰ درصد ممکن نیست، دکتر فرانس بر این باور است که رسیدن به بازدهی ۵۰ درصد با این نوع طراحی «در عمل، کاملا قابل دستیابی است.»