به گزارش تجارت نیوز، در دنیای امروز، انرژی خورشیدی به عنوان یکی از پاک‌ترین و پایدارترین منابع انرژی، به‌سرعت در حال پیشرفت و تکامل است. اما سلول‌های خورشیدی سنتی که عمدتاً روی پشت‌بام‌ها نصب می‌شوند، تنها از یک سمت نور خورشید را جذب می‌کنند. سلول های خورشیدی دو وجهی با قابلیت جذب نور از هر دو سمت، نوآوری جدیدی در این حوزه به شمار می‌آیند که می‌تواند بهره‌وری استفاده از انرژی خورشیدی را به طرز چشمگیری افزایش دهد.
با این حال، این فناوری نوظهور تاکنون به دلیل نیاز به الکترودهای شفاف و کارآمد چندان مورد استفاده گسترده قرار نگرفته بود. حالا تیمی از محققان موسسه فناوری هند (IIT) در Dharwad موفق به طراحی و ساخت الکترودهای شفاف جدیدی شده‌اند که نه‌تنها راندمان سلول‌های خورشیدی دو وجهی را به ۸۰ درصد رسانده، بلکه امکان استفاده از آنها را در پنجره‌های شفاف ساختمان‌ها و مزارع کشاورزی فراهم کرده است.
سلول های خورشیدی دو وجهی؛ آینده‌ای درخشان برای انرژی خورشیدی
سلول‌های خورشیدی دو وجهی به‌جای اینکه تنها از یک طرف نور خورشید را جذب کنند، از هر دو سمت نور خورشید را دریافت و به برق تبدیل می‌کنند. این ویژگی منحصربه‌فرد آنها را نسبت به سلول‌های خورشیدی سنتی کارآمدتر می‌کند. اما برای اینکه این سلول‌ها بتوانند به طور موثر عمل کنند، به الکترودهایی شفاف نیاز دارند که هم رسانای الکتریسیته باشند و هم اجازه عبور نور را بدهند.
تا پیش از این، ساخت چنین الکترودهایی به دلیل نبود مواد مناسب چالش بزرگی بود. بیشتر الکترودهای شفاف از اکسید قلع ایندیم (ITO) ساخته می‌شدند که علاوه بر هزینه بالا، شکننده بودند و نیاز به درمان‌های خاص برای دوام و انعطاف‌پذیری داشتند.
نوآوری در طراحی الکترودهای شفاف: دستیابی به راندمان ۸۰ درصدی
محققان IIT Dharwad برای حل این مشکل، الکترودهای شفاف سه لایه‌ای طراحی کرده‌اند که عبارت‌اند از:
- دو لایه اکسید نیکل (NiO)
- یک لایه نقره (Ag)
این ساختار جدید که با نام NAN (NiO/Ag/NiO) شناخته می‌شود، با استفاده از تکنیک رسوب فیزیکی بخار با انرژی کم ساخته شده است. در این روش، مواد در یک محفظه خلأ تبخیر شده و سپس به طور یکنواخت روی سطح مورد نظر متراکم می‌شوند. این فرایند لایه‌هایی بسیار نازک و شفاف ایجاد می‌کند که کمتر از ۴۰ نانومتر ضخامت دارند.
ویژگی‌های منحصربه‌فرد این الکترودها عبارت‌اند از:
- رسانایی بالا و شفافیت زیاد
- دوام و پایداری عالی در برابر شرایط محیطی
- هزینه تولید پایین‌تر نسبت به الکترودهای ITO
عملکرد فوق‌العاده سلول های خورشیدی دو وجهی
زمانی که محققان الکترودهای NAN را به سلول‌های خورشیدی دو وجهی پروسکایتی اضافه کردند، نتایج شگفت‌انگیزی به دست آمد:
- بازده تبدیل توان (PCE) 9.05٪ برای نور تابیده‌شده از سمت جلو
- بازده 6.54٪ برای نور تابیده‌شده از سمت پشت
- ضریب دو وجهی ۷۲ درصد که نشان‌دهنده جذب موثر نور از هر دو جهت است.
این سلول‌ها همچنین پس از بیش از هزار ساعت آزمایش در شرایط محیطی، بیش از ۸۰ درصد راندمان اولیه خود را بدون هیچ‌گونه پوشش محافظتی حفظ کردند. این ویژگی، آنها را به پایدارترین سلول‌های خورشیدی پروسکایتی موجود تبدیل کرده است.
کاربردهای متنوع و گسترده در صنعت و کشاورزی
یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد سلول‌های خورشیدی دو وجهی، شفافیت آنهاست که اجازه می‌دهد نور از هر دو سمت عبور کند. این ویژگی امکان استفاده از این سلول‌ها را در پنجره‌های شفاف ساختمان‌ها و گلخانه‌های کشاورزی فراهم می‌کند.
علاوه بر این، این سلول‌ها می‌توانند روی پشت بام‌های شیشه‌ای، دیوارهای شفاف، و حتی وسایل نقلیه برقی مورد استفاده قرار گیرند. این امر باعث می‌شود فناوری خورشیدی دو وجهی به طرز گسترده‌تری در صنعت ساخت‌وساز، کشاورزی هوشمند و فناوری‌های خودرویی به کار گرفته شود.
مزیت اقتصادی و محیط‌زیستی: کاهش هزینه‌ها و حفاظت از محیط زیست
استفاده از اکسید نیکل (NiO) و نقره (Ag) به‌جای اکسید قلع ایندیم (ITO) نه‌تنها هزینه تولید را کاهش می‌دهد، بلکه به دلیل دوام و پایداری بالا، عمر طولانی‌تر این سلول‌ها را تضمین می‌کند. این ویژگی، هزینه‌های نگهداری و جایگزینی را نیز به طرز چشمگیری کاهش می‌دهد.
علاوه بر این، افزایش راندمان جذب نور و دو وجهی بودن این سلول‌ها، امکان تولید انرژی پاک و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را فراهم می‌کند.
آینده روشن سلول های خورشیدی دو وجهی
پیشرفت جدید محققان IIT Dharwad در ساخت الکترودهای شفاف NAN، گامی بزرگ به سوی افزایش راندمان و کاربردهای گسترده‌تر سلول‌های خورشیدی دو وجهی محسوب می‌شود.
این فناوری نه‌تنها می‌تواند انقلاب بزرگی در صنعت انرژی خورشیدی ایجاد کند، بلکه با کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری، به عنوان جایگزینی پایدار برای سوخت‌های فسیلی نقش بسزایی در حفاظت از محیط زیست و کاهش تغییرات اقلیمی خواهد داشت.
