دانشمندان موفق شدهاند با یک راهکار نوآورانه یکی از مشکلات دیرینه سلولهای خورشیدی لایهنازک را برطرف کنند؛ دستاوردی که به افزایش چشمگیر بازدهی این سلولها منجر شده است.
به گزارش sciencedaily، با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی پاک انرژی خورشیدی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است؛ منبعی فراوان که قابلیت توسعه در مقیاسهای بزرگ را دارد. در کنار این روند پژوهشگران در سالهای اخیر بهطور جدی به سراغ سلولهای خورشیدی لایهنازک رفتهاند؛ فناوریای که در مقایسه با سلولهای سیلیکونی متداول هزینه تولید کمتر، یکنواختی بیشتر در فرآیند ساخت و قابلیت استفاده در تجهیزات سبک و انعطافپذیر را فراهم میکند.
در میان مواد مختلف قلع مونوسولفید (SnS) بهعنوان گزینهای امیدوارکننده برای نسل آینده سلولهای خورشیدی لایهنازک مطرح شده است. این ماده ارزانقیمت و غیرسمی است و برخلاف فناوریهای رایج به عناصر کمیاب و گرانقیمتی مانند ایندیوم، گالیم و تلوریوم وابسته نیست. همچنین سلولهای مبتنی بر SnS با اهداف توسعه پایدار سازمان ملل همراستا بوده و از نظر تئوری توانایی بالایی در جذب نور خورشید دارند.
با این حال در عمل عملکرد این سلولها همواره پایینتر از پیشبینیهای نظری بوده است. یکی از مهمترین دلایل این فاصله مشکلاتی است که در محل اتصال لایه جاذب SnS با الکترود فلزی پشتی رخ میدهد. در این ناحیه بحرانی نقصهای ساختاری، واکنشهای شیمیایی ناخواسته و جابهجایی کنترلنشده اتمها مانع انتقال روان بار الکتریکی شده و بازده کلی سلول خورشیدی را بهطور جدی محدود میکنند.
در همین زمینه 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 بهصورت آنلاین 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 روشی ساده، اما دقیق تولید شده است. پژوهشگران از رفتار طبیعی اکسید شدن یک لایه نازک ژرمانیوم در فرآیند رسوبدهی انتقال بخار استفاده کردند؛ روشی که قابلیت مقیاسپذیری صنعتی نیز دارد.
به گفته هئو، این لایه نانومتری با وجود ضخامت بسیار کم چندین مشکل اساسی را بهطور همزمان برطرف میکند: این لایه نقصهای عمیق و مضر را کاهش میدهد، از نفوذ ناخواسته سدیم جلوگیری میکند و مانع تشکیل فازهای مقاوم و نامطلوب مولیبدن دیسولفید در دماهای بالای ساخت میشود.
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.
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؛ افزایشی نزدیک به ۳۰ درصد که یکی از بالاترین بازدههای گزارششده برای سلولهای خورشیدی SnS ساختهشده با روش رسوبدهی بخار به شمار میرود.
اهمیت این دستاورد تنها به حوزه انرژی خورشیدی محدود نمیشود. مهندسی دقیق رابط فلز نیمهرسانا نقش کلیدی در عملکرد تجهیزاتی مانند ترانزیستورهای لایهنازک، مواد ترموالکتریک، حسگرها، الکترونیک انعطافپذیر، آشکارسازهای نوری و حتی حافظههای الکترونیکی دارد.
هئو در این باره میگوید: 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.
این دستاورد میتواند گامی مهم در نزدیکتر شدن سلولهای خورشیدی لایهنازک به کاربردهای تجاری گسترده و تولید انرژی پاک با هزینه کمتر باشد.
انتهای پیام/