فوتون‌هایی که هر روز خورشید به زمین می‌تاباند در هر ساعت به قدری است که می‌تواند انرژی جهان را به مدت یکسال تامین کند. سوال اینجاست که چگونه باید این فوتون‌ها را با بازده بالا به برق تبدیل کرد. حتی در مقیاس کوچک آزمایشگاهی بهترین پنل خورشیدی هم تنها ۲۹ درصد از انرژی خورشید را تبدیل می‌کند. که تنها اندکی از محدودیت تولید پنل خورشیدی تولید شده در یک قرن پیش فراتر رفته است. دانشمندانی که در حال مطالعه‌ی فوتوولتائیک هستند – مطالعه‌ی این که کدام فوتون به انرژی تبدیل می‌شود – مدتی طولانی مشکوک بودند که شاید شکستن محدودیت تولید آنطور که پیش بینی می‌شد زمان‌بر نباشد.
سقف بازدهی پنل خورشیدی که به عنوان محدودیت شاکلی-کوییسر(نظریه‌ی فیزیکی دو دانشمند به نام‌های شاکلی و کوییسر) شناخته می‌شود، بین ۲۹ تا ۳۳ درصد (وابسته به روش اندازه‌گیری) می‌باشد. این به پنل تک-پیوندی وابسته است که از یک نوع هادی در ساخت آن استفاده شده و از تابش مسقیم خورشید انرژی می‌گیرد. محققان با استفاه از ترکیب چند نوع فلز هادی و لنزهای مختلف نور تابشی را متمرکز کنند تا پنل خورشیدی نور خورشید را هزاربرابر قوی تر دریافت کند.
اوایل سال ۲۰۱۹ آزمایشگاه بین‌المللی انرژی تجدید پذیر، رکورد جهانی جدیدی با استفاده از یک پنل ۶ پیوندی و پرتویی که ۱۴۳ مرتبه بیشتر متمرکز شده بود برای بازدهی ۴۷٫۱ درصدی انرژی ثبت کرد.
اما این تکنولوژی در مقیاس بالا قابل تولید نیست. از نظر مارک بالدو، پروفسور مهندسی الکترونیک و کامپیوتر دانشگاه MIT اظهار کرده است علت عدم تولید این تکنولوژی این است که تکنولوژی پر بازده، پنل‌های چندلایه نیاز دارد که تولید آن بسیار پیچیده و وسیع است. برای اینکه بتوان انرژی خورشیدی بیشتری با سلول خورشیدی تولید کرد، نیاز است تا بفهمیم چگونه محدودیت شاکلی-کوییسر را با پنل تک پیوندی بشکنیم تا تولید آن راحت و اقتصادی باشد. بعد از گذشت یک قرن بالدو و همکارانش راهی برای آن پیدا کرده‌اند.
جزئیاتی که در مقاله‌ای توسط نیچر به تازگی منتشر شده است نشان میدهد که تیم بالدو پنل خورشیدی را به شکل لایه‌ی نازکی درآورده‌اند که از تتراسن تشکیل شده است. تتراسن مولکولی ارگانیک است فوتون‌های ورودی را به دو قسمت تقسیم می‌کند. به این پروسه شکاف اگزیتون گفته می‌شود و به این معنا است که سلول خورشیدی قادر است انرژی بشدت بالای فوتون را از طریق قسمت سبز آبی طیف مرئی استفاده کند.
عملکرد پنل خورشیدی به این صورت است، سلول خورشیدی سیلیکونی از طریق جذب فوتون‌های ورودی و ارسال آنها از سیلیکون به مدار جریان الکتریکی تولید می‌کند. این کار چقدر انرژی نیاز دارد؟ بستگی به آرایش موادی که به اصطلاح به آن بند گپ گفته می‌شود دارد. بند گپ به فوتون‌های مادون قرمزی که انرژی کمتری نسبت به فوتو‌های نورمرئی دارند مربوط است. در این موقعیت تتراسن نقش دارد.
تتراسن فوتو سبز- آبی را به دو قسمت انرژی می‌شکافد که هرکدام معادل یک فوتون مادون قرمز هستند. پس علی رغم هر مادون قرمز که فقط یک الکترون آزاد می‌کند، یک فوتون تک در تابش سبز-آبی می‌تواند دو الکترون آزاد کند. درواقع از این روش می‌توان دو فوتون با هزینه‌ی یک فوتون بدست آورد.
منبع: new-designs-could-boost-solar-cells-beyond-their-limits
در صورت نیاز به هرگونه مشاوره در زمینه احداث نیروگاه برق خورشیدی می توانید با کارشناسان ما در تجهیزسولار در تماس باشید.
تجهیزسولار تامین کننده تجهیزات نیروگاه خورشیدی در سطح کشور
نوشتن دیدگاه