4 اکتبر 2025، عکس از نویسنده: امان تریپاتی -تیم تحقیقاتی با موفقیت از یک مولکول آلی قوی‌تر و پایدارتر استفاده کرد. (تصویر نمایشی)- مایندرت ون در هیون/گتی ایمیجز
محققان دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) سیدنی یک فناوری سلول خورشیدی توسعه داده‌اند که می‌تواند منجر به فتوولتائیک‌های سیلیکونی با راندمان بالاتر شود.این تیم روش جدیدی را با پتانسیل افزایش راندمان پنل خورشیدی به بیش از 30٪ ابداع کرده است که پیشرفت قابل توجهی نسبت به راندمان 20 تا 25 درصدی پنل‌های تجاری معمولی است.
این رویکرد همچنین ممکن است به پنل‌ها اجازه دهد تا در دماهای تا ۲.۴ درجه سانتیگراد (۳۶.۳۲ درجه فارنهایت) خنک‌تر کار کنند، عاملی که می‌تواند طول عمر عملکردی آنها را تا ۴.۵ سال افزایش دهد.
این توسعه به یک چالش کلیدی در مورد مواد می‌پردازد. کارهای قبلی در این زمینه اغلب از مولکولی به نام تتراسن استفاده می‌کردند که از نظر شیمیایی در هوا ناپایدار است و بنابراین برای تولید تجاری مناسب نیست.
دی‌پیرولونافتیریدین‌دیون (DPND)، خبر می‌دهد که با فتوولتائیک‌های سیلیکونی کریستالی و روش‌های تولید مقیاس‌پذیر سازگار است.
پروفسور ند اکینز-داوکس، محقق ارشد و رئیس دانشکده مهندسی فتوولتائیک و انرژی‌های تجدیدپذیر UNSW (SPREE)، گفت: “ما یک مسیر عملی برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با خروجی بالاتر، بدون هزینه و پیچیدگی سیستم‌های دو رشته‌ای، ایجاد کرده‌ایم که اکنون صنعت می‌تواند آن را آزمایش کند.”
این فناوری مبتنی بر فرآیندی است که به عنوان “شکافت تک رشته‌ای” شناخته می‌شود. در یک سلول خورشیدی سیلیکونی معمولی، یک فوتون پرانرژی از قسمت آبی یا سبز طیف نور جذب می‌شود و یک جفت الکترون-حفره ایجاد می‌کند.
هر انرژی که فوتون بالاتر از شکاف باند سیلیکون داشته باشد، به سرعت به صورت گرما از دست می‌رود، فرآیندی که به عنوان اتلاف گرمایی شناخته می‌شود و راندمان کلی را محدود می‌کند. فرآیند شکافت تکی متفاوت عمل می‌کند.
محققان در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح دادند: “هنگامی که یک ماده شکافت تکی روی یک سلول سیلیکونی لایه بندی می‌شود، فوتون‌های پرانرژی را جذب کرده و آن را به دو اکسایتون که با شکاف باند سیلیکون مطابقت دارند، تقسیم می‌کند و هر کدام یک جفت الکترون-حفره تشکیل می‌دهند. این امر بازده الکتریکی فوتون‌های پرانرژی آبی را دو برابر می‌کند و تولید گرما را کاهش می‌دهد.”
افزایش توان خروجی در هر پنل به این معنی است که برای دستیابی به ظرفیت انرژی هدف، پنل‌های کمتری مورد نیاز است. این امر می‌تواند علاوه بر کاهش فضای فیزیکی برای نصب، هزینه‌های مربوط به تعادل سیستم، از جمله نصب سخت‌افزار، سیم‌کشی و نیروی کار نصب را نیز کاهش دهد.
کاهش گرمای تلف شده مزایای بیشتری را ارائه می‌دهد. فراتر از افزایش دوام طولانی مدت پنل، دمای عملیاتی پایین‌تر می‌تواند عملکرد بلادرنگ را بهبود بخشد، زیرا راندمان سلول سیلیکونی معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد.
این رویکرد همچنین با سلول‌های خورشیدی پشت سر هم که چندین اتصال نیمه‌هادی را روی هم قرار می‌دهند و نیاز به طراحی مجدد پیچیده‌تری از کل معماری سلول دارند، متمایز است. لایه شکافت تکی به گونه‌ای طراحی شده است که به فناوری‌های سیلیکونی موجود اضافه شود و مسیر ادغام مستقیم‌تری را پیشنهاد می‌دهد.
تیم UNSW برای کار خود درخواست حفاظت از حق ثبت اختراع کرده است. این پروژه اکنون به سمت افزایش تولید مولکول‌های DPND حرکت می‌کند تا برای آزمایش‌های تولید خط تولید آزمایشی آماده شود.
دکتر جسیکا یاجی جیانگ از تیم تحقیقاتی نتیجه گرفت: “ما اکنون از علوم بنیادی به سمت محصولات خورشیدی کاربردی حرکت می‌کنیم. تأثیر آن بر صنعت، سرمایه‌گذاران و محیط زیست می‌تواند عمیق باشد.”
