خبر کامل
جهش ۳۰ درصدی بازده سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک با لایه نانومتری جدید
دانشمندان با معرفی یک راهکار نوآورانه، موفق به حل یکی از چالش‌های دیرینه در سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک شده‌اند؛ این دستاورد مهم که در دانشگاه ملی چونام کره‌جنوبی به دست آمده، منجر به افزایش چشمگیر بازدهی این سلول‌ها و نزدیک شدن آن‌ها به کاربردهای تجاری گسترده شده است.
اهمیت و چالش‌های سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک
با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی پاک، انرژی خورشیدی به عنوان منبعی فراوان و مقیاس‌پذیر، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. پژوهشگران در سال‌های اخیر به طور جدی بر روی سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک متمرکز شده‌اند؛ فناوری‌ای که مزایای متعددی نسبت به سلول‌های سیلیکونی متداول دارد، از جمله هزینه تولید کمتر، یکنواختی بیشتر در ساخت و قابلیت استفاده در تجهیزات سبک و انعطاف‌پذیر.
قلع مونو‌سولفید (SnS): جایگزینی امیدوارکننده
در میان مواد مختلف، قلع مونو‌سولفید (SnS) به عنوان گزینه‌ای بسیار امیدوارکننده برای نسل آینده سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک مطرح شده است. این ماده ارزان‌قیمت و غیرسمی بوده و برخلاف فناوری‌های رایج، به عناصر کمیاب و گران‌قیمتی مانند ایندیوم، گالیم و تلوریوم وابسته نیست. همچنین، سلول‌های مبتنی بر SnS از نظر تئوری توانایی بالایی در جذب نور خورشید دارند و با اهداف توسعه پایدار سازمان ملل هم‌راستا هستند.
با این حال، عملکرد عملی این سلول‌ها همواره پایین‌تر از پیش‌بینی‌های نظری بوده است. دلیل اصلی این فاصله، مشکلاتی است که در محل اتصال لایه جاذب SnS با الکترود فلزی پشتی رخ می‌دهد. در این ناحیه بحرانی، عواملی چون نقص‌های ساختاری، واکنش‌های شیمیایی ناخواسته و جابه‌جایی کنترل‌نشده اتم‌ها، مانع انتقال روان بار الکتریکی شده و بازده کلی سلول خورشیدی را به طور جدی محدود می‌کنند.
راهکار نوآورانه در مهندسی رابط‌ها: لایه اکسید ژرمانیوم
تیمی پژوهشی به سرپرستی جائه‌یونگ هئو و راهول کومار یاداو از دانشگاه ملی چونام در کره‌جنوبی، راهکاری تازه برای حل این مشکل ارائه کرده‌اند. این پژوهش که در نشریه علمی Small منتشر شده، بر استفاده از یک لایه فوق‌نازک اکسید ژرمانیوم (GeOx) تمرکز دارد که میان الکترود پشتی مولیبدنی و لایه جاذب SnS قرار می‌گیرد.
این لایه تنها ۷ نانومتر ضخامت دارد و با استفاده از روش رسوب‌دهی انتقال بخار تولید شده است؛ فرآیندی ساده و دقیق که قابلیت مقیاس‌پذیری صنعتی نیز دارد. این لایه نانومتری با وجود ضخامت بسیار کم، چندین مشکل اساسی را به طور هم‌زمان برطرف می‌کند:
- کاهش نقص‌های عمیق و مضر در رابط.
- جلوگیری از نفوذ ناخواسته سدیم.
- ممانعت از تشکیل فاز‌های مقاوم و نامطلوب مولیبدن دی‌سولفید در دما‌های بالای ساخت.
نتیجه این بهبودها، افزایش کیفیت لایه SnS، تشکیل دانه‌های بزرگ‌تر و یکنواخت‌تر، بهبود انتقال و جمع‌آوری بار الکتریکی و کاهش قابل توجه تلفات الکتریکی است.
جهش ۳۰ درصدی بازدهی و کاربردهای فراتر
استفاده از این لایه کنترل‌شده GeOx باعث شد بازده تبدیل انرژی سلول‌های خورشیدی از ۳٫۷۱ درصد در نمونه‌های معمولی به ۴٫۸۱ درصد افزایش یابد. این افزایش نزدیک به ۳۰ درصد، یکی از بالاترین بازده‌های گزارش‌شده برای سلول‌های خورشیدی SnS ساخته‌شده با روش رسوب‌دهی بخار به شمار می‌رود.
تسلط بر مهندسی رابط‌های فلز و نیمه‌رسانا، عنصر کلیدی پیشرفت فناوری‌های نسل آینده است. ما امیدواریم این پژوهش مسیر‌های تازه‌ای را برای توسعه سلول‌های خورشیدی پیشرفته و سایر فناوری‌های راهبردی باز کند.
اهمیت این دستاورد تنها به حوزه انرژی خورشیدی محدود نمی‌شود. مهندسی دقیق رابط فلز نیمه‌رسانا نقش کلیدی در عملکرد تجهیزات پیشرفته دیگری نیز دارد، از جمله:
- ترانزیستور‌های لایه‌نازک
- مواد ترموالکتریک
- حسگرها و آشکارساز‌های نوری
- الکترونیک انعطاف‌پذیر و حافظه‌های الکترونیکی
این دستاورد می‌تواند گامی مهم در نزدیک‌تر شدن سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک به کاربردهای تجاری گسترده و تولید انرژی پاک با هزینه کمتر باشد.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
