بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی با سیلیکون سیاه

انرژی خورشیدی و سلول‌های خورشیدی در دنیای امروز بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند و در دیجی اسپارک نیز به معرفی نمونه‌های بسیاری از کاربردهای آن پرداختیم. سلول‌های خورشیدی از انرژی خورشید ساخته شده‌اند و خوب می‌دانیم که تمام ابزار ساخته دست بشر نیاز به بهبود دارند بنابراین در تحقیقی که صورت گرفته است دانشمندان به معرفی بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی با سیلیکون سیاه پر داخته اند.

پژوهشگران در دانشگاه آلتو فنلاند، رکورد جدیدی در بازدهی سلول‌‌های خورشیدی بر پایه‌ی سیلیکون سیاه که نوعی سلول خورشیدی با قابلیت جذب نور خورشید حتی در زوایای پایین تابش است ثبت کنند و عملکرد آن را تا ۴ درصد بهبود دهند.

برای تولید سیلیکون سیاه شبکه‌ای از سوزن‌‌ها در ابعاد نانو روی سطح بستری سیلیکونی معمولی شکل داده می‌‌‌شود تا با اعمال این اصلاح سطح سیلیکون قابلیت بازتاب خود را تا حد زیادی از دست دهد که این به سلول خورشیدی تولید شده از آن این امکان را می‌‌‌دهد که از نور تابیده شده از زوایای تابشی اندک نیز بهره ببرد. با این روش می‌‌‌توان عملکرد سلول خورشیدی را در طول روز به خصوص در کشورهایی که عرض جغرافیایی بالایی قرار دارند بهبود بخشید. علاوه بر این سلول‌‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون سیاه می‌‌‌توانند ارزان‌تر باشند زیرا نیازی به پوشش ضد بازتاب که برای دیگرسلول‌‌های خورشیدی نیاز است، ندارند.

این سلول‌‌ها یک مشکل هم دارند که به آن پیوستن مجدد حاملان بار گفته می‌‌‌شود که در آن الکترونی که در اثر برخورد فوتون نوری آزاد می‌‌‌شود مجددا به اتم سیلیکون باز می‌‌‌گردد که این کار موجب هدر رفتن انرژی فراهم شده توسط فوتون خواهد شد. این مشکل با نسبت سطح سلول خورشیدی نسبت مستقیم دارد و از آن جایی که سیلیکون سیاه سطح بالایی دارد تقریبا نیمی از الکترون‌‌های آزاد شده به واسطه‌ی پیوستن مجدد به هدر می‌‌‌روند.

 این گروه توانستند با مدیریت این مشکل کارایی این سلول‌‌های خورشیدی را با چهار درصد بهبود به ۲۲/۱ درصد برسانند که طول عمر عملکرد آن‌‌ها نیز به دلیل استفاده از سیلیکون سیاه بهبود یافته است. سلول‌‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون سیاه به دلیل قابلیت جذب زوایای کم تابشی نسبت به سلول‌‌های خورشیدی معمولی نیز تا ۳ درصد بهتر عمل می‌‌‌کنند. این تیم برای رفع مشکل پیوستن مجدد حاملان، فیلم نازکی از آلومینیم را که به عنوان یک سپر الکترونیکی و شیمیایی عمل می‌‌‌کرد روی نانوساختار قرار دادند. همچنین برای افزودن جذب، تمامی اتصالات فلزی را نیز در پشت سلول خورشیدی قرار دادند تا تمام سطح سلول در معرض نور قرار گیرد.

 این تغییرات میزان الکترون‌‌های به هدر رفته را که پیش از این ۵۰ درصد بود به ۴ درصد کاهش می‌‌‌داد که البته این پایان کار نیست و می‌‌‌توان آن را با تغییر سیلیکون نوع p به سیلیکون نوع n که دوام بیشتری دارد و انتخاب بهتر مواد به کار رفته همچنان بهبود بخشید. این گروه می‌‌‌خواهد فناوری توسعه داده خود را در کاربردهای دیگر و سلول‌‌های خورشیدی دیگر نیز به کار بگیرد