9 آگوست 2024 -توسط دانشگاه آکسفورد-رویکرد چند اتصالی برای انباشتن لایه نازک پروسکایت، طیف نور بیشتری را جذب می‌کند و میزان الکتریسیته خورشیدی قابل تولید را افزایش می‌دهد. اعتبار: فیزیک دانشگاه آکسفورد
دانشمندان دپارتمان فیزیک دانشگاه آکسفورد یک رویکرد انقلابی ایجاد کرده اند که می تواند مقادیر فزاینده ای از برق خورشیدی را بدون نیاز به پنل های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون تولید کند. در عوض، نوآوری آنها با پوشاندن یک ماده جدید تولید کننده انرژی بر روی سطوح اشیاء روزمره مانند کوله پشتی، اتومبیل و تلفن همراه کار می کند.
مواد جاذب نور جدید آنها برای اولین بار به اندازه کافی نازک و انعطاف پذیر است که می تواند روی سطح تقریباً هر ساختمان یا شیء معمولی اعمال شود. با استفاده از یک تکنیک پیشگام توسعه یافته در آکسفورد، که چندین لایه جاذب نور را در یک سلول خورشیدی قرار می دهد، آنها طیف وسیع تری از طیف نور را مهار کرده اند و اجازه می دهند نیروی بیشتری از همان مقدار نور خورشید تولید شود.
این ماده فوق‌العاده نازک، با استفاده از این رویکرد به اصطلاح چند اتصالی، اکنون به طور مستقل برای ارائه بیش از 27 درصد راندمان انرژی، برای اولین بار مطابق با عملکرد مواد سنتی، تک لایه و مولد انرژی شناخته شده به عنوان سیلیکون، گواهی شده است. فتوولتائیک مؤسسه ملی علوم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن (AIST)، گواهینامه خود را قبل از انتشار مطالعه علمی محققان در اواخر امسال صادر کرد.
دکتر Shuaifeng Hu گفت: “در طول تنها پنج سال آزمایش با رویکرد انباشته یا چند اتصالی، ما راندمان تبدیل توان را از حدود 6٪ به بیش از 27٪ افزایش دادیم، نزدیک به محدودیت هایی که امروزه فتوولتائیک های تک لایه می توانند به دست آورند.” ما معتقدیم که با گذشت زمان، این رویکرد می‌تواند دستگاه‌های فتوولتائیک را قادر به دستیابی به راندمان بسیار بیشتر، بیش از 45 درصد کند.»
این در مقایسه با حدود 22 درصد راندمان انرژی پانل های خورشیدی امروزی است (به این معنی که آنها حدود 22 درصد از انرژی را در نور خورشید تبدیل می کنند)، اما تطبیق پذیری مواد فوق نازک و انعطاف پذیر جدید نیز کلیدی است. با ضخامت کمی بیش از یک میکرون، تقریباً 150 برابر نازک‌تر از ویفر سیلیکونی است. برخلاف فتوولتائیک‌های موجود که عموماً روی پانل‌های سیلیکونی اعمال می‌شوند، می‌توان آن را تقریباً برای هر سطحی اعمال کرد.
با استفاده از مواد جدیدی که می‌توانند به عنوان پوشش اعمال شوند، نشان داده‌ایم که می‌توانیم سیلیکون را تکرار کنیم و عملکرد بهتری داشته باشیم و در عین حال انعطاف‌پذیری نیز به دست آوریم. مزارع خورشیدی ویژه ساخته شده است.
محققان معتقدند رویکرد آنها به کاهش هزینه های خورشیدی ادامه خواهد داد و همچنین آن را به پایدارترین شکل انرژی تجدیدپذیر تبدیل خواهد کرد. از سال 2010، متوسط هزینه جهانی برق خورشیدی تقریباً 90 درصد کاهش یافته است و تقریباً یک سوم ارزان‌تر از هزینه تولید شده از سوخت‌های فسیلی است. نوآوری ها نوید صرفه جویی در هزینه های اضافی را می دهند زیرا مواد جدید مانند پروسکایت لایه نازک نیاز به پانل های سیلیکونی و مزارع خورشیدی را کاهش می دهد.
ما می‌توانیم پوشش‌های پروسکایتی را در نظر بگیریم که برای تولید انرژی خورشیدی ارزان‌تر، مانند سقف خودروها و ساختمان‌ها و حتی پشت تلفن‌های همراه، روی انواع وسیع‌تری از سطوح اعمال شود. دکتر وانگ اضافه کرد که باید در طولانی مدت از پانل های سیلیکونی استفاده کرد یا مزارع خورشیدی بیشتری ساخت.
این محققان در میان 40 دانشمندی هستند که بر روی فتوولتائیک کار می کنند که توسط پروفسور هنری اسنایت، پروفسور انرژی های تجدیدپذیر در گروه فیزیک دانشگاه آکسفورد کار می کنند. کار پیشگام آنها در زمینه فتوولتائیک و به ویژه استفاده از پروسکایت لایه نازک حدود یک دهه پیش آغاز شد و از یک آزمایشگاه روباتیک سفارشی بهره می برد.
کار آنها دارای پتانسیل تجاری قوی است و در حال حاضر شروع به ورود به برنامه های کاربردی در سراسر تاسیسات، ساخت و ساز، و صنایع خودروسازی کرده است.
Oxford PV، یک شرکت بریتانیایی که در سال 2010 توسط یکی از بنیانگذاران و مدیر علمی پروفسور هنری اسنایت برای تجاری سازی فتوولتائیک پروسکایتی از فیزیک دانشگاه آکسفورد جدا شد، اخیراً تولید فتوولتائیک پروسکایتی در مقیاس بزرگ را در کارخانه خود در براندنبورگ-آندر هاول، نزدیک برلین، آلمان آغاز کرد.. این اولین خط تولید حجمی سلول های خورشیدی پشت سر هم پروسکایت روی سیلیکون در جهان است.
پروفسور اسنایت گفت: “ما در ابتدا سایت های بریتانیا را برای شروع تولید بررسی کردیم، اما دولت هنوز انگیزه های مالی و تجاری ارائه شده در سایر نقاط اروپا و ایالات متحده را مطابقت نداده است.”
“تا کنون بریتانیا در مورد انرژی خورشیدی صرفاً از نظر ساخت مزارع خورشیدی جدید فکر کرده است، اما رشد واقعی از تجاری سازی نوآوری ها حاصل خواهد شد – ما بسیار امیدواریم که شرکت انرژی تازه تاسیس British Energy توجه خود را به این موضوع معطوف کند.”اقتصاد سبز جهانی و ما نشان داده ایم که بریتانیا در حال نوآوری و پیشروی علمی است. با این حال، بدون انگیزه های جدید و مسیری بهتر برای تبدیل این نوآوری به تولید، بریتانیا فرصت رهبری این صنعت جدید جهانی را از دست خواهد داد.”
