تولید سلول‌های خورشیدی با هزینه‌ کم و عملکرد بالا در دانشگاه شیراز

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، بالا بردن راندمان سلول‌های خورشیدی همواره یکی از دغدغه‌های صنایع تولیدکننده انرژی‌های نوین است. به همین دلیل تلاش محققان بر این است که بتوانند با بهینه کردن هر کدام از فرآیندهای تولید این تجهیزات، با کمترین هزینه ممکن، میزان تولید الکتریسیته از نور خورشید را در سلول‌های خورشیدی بالا ببرند.

به گفته محسن اسد، دانشجوی دکتری الکترونیک دانشگاه شیراز، در این طرح تلاش شده تا افزون بر بومی کردن دانش ساخت سلول‌های خورشیدی از مرحله ویفر خام تا سلول کامل، بازده این تجهیزات نسبت به سلول‌های متدوال افزایش یابد.

وی نحوه دستیابی به این هدف را در نمونه‌های ساخته شده بدین شرح بیان کرد: «عمده‌ترین مشکل بالا بردن راندمان سلول خورشیدی، ثابت بودن سطح آنهاست. در نمونه‌های سنتز شده، این مشکل با ایجاد بافت نانومتری روی سطح و به دام انداختن بیشتر فوتون‌های نوری حل شده است».

بدین ترتیب با افزایش راندمان سلول‌های خورشیدی، هزینه تولید الکتریسیته از این سلول‌ها کاهش خواهد یافت و فرآیند تولید انرژی‌های تجدیدپذیر اقتصادی‌تر می‌شود. این موارد از مهم‌ترین دستاوردهای این پژوهش است که حاصل شده است.

به گفته این محقق به طور کلی جهت افزایش بازده عملکرد سلول‌های خورشیدی دو راهکار نوری و الکتریکی مطرح است. در روش اول مبنا بر جذب حداکثر نور از محیط و حداقل بازتاب از سطح سلول خورشیدی است. برای این کار می‌توان از پوشش‌های ضدبازتاب استفاده کرد. راهکارهای مؤثر دیگر زدایش سطحی به صورت ناهموار در ساختار سلول است. در این روش باید بتوان بافت‌های هرمی را در سطح سلول‌های خورشیدی به وجود آورد. این بافت‌های هرمی که ابعاد میکرومتری دارند، باعث کاهش بازتاب نور تابیده به سطح شده و موجب تغییر جهت نور به سمت داخل سلول به سمت مکان پیوند نیمه هادی می‌شوند.

در این تحقیق با استفاده از خاصیت زدایش کاتالیستی نانوذرات نقره نسبت به سیلیسیوم، روی بافت‌های هرمی میکرومتری، بافت‌های نانومتری ایجاد شده است که میزان بازتاب نور را به حداقل میزان ممکن رسانده است.

استفاده از روش الکتریکی نیز از دیگر روش‌های استفاده شده در دستیابی به افزایش بازده نمونه‌ها بوده است. به صورتی که با توجه به نقص‌های کریستالی به وجود آمده در سطح سلول خورشیدی ناشی از زدایش نانومتری، فرآیند منفعل سازی سطح با استفاده از پلاسمای هیدروژن مورد استفاده قرار گرفته است.

به گفته اسد، مجموع این روش‌های نوری و الکتریکی منجر به ساخت سلول خورشیدی سیلیسیومی تک بلوره با بازده بالاتر از 18 درصدی شده که افزایش 23 درصدی در جریان نوری (Iph) و 4 درصدی ولتاژ مدار باز (Voc) را نسبت به نمونه‌های بدون استفاده از ساختارهای نانو به همراه داشته است.

این محقق در پایان عنوان کرد: «کشور ما از نظر موقعیت تابش خورشیدی دارای استعداد بسیار زیادی در زمینه راه‌اندازی نیروگاه‌های خورشیدی است. از این روی با توجه به دانش فنی که در اجرای این پروژه در راستای طراحی و ساخت سلول‌های خورشیدی سیلیسیومی به دست آمده است، راه‌اندازی خط تولید سلول‌های خورشیدی دور از انتظار نیست».

این تحقیقات حاصل همکاری محسن اسد، دانشجوی دکتری الکترونیک دانشگاه شیراز، محمد رضا کوثری، عضو گروه تحقیقاتی ادوات نیمه‌هادی و دکتر محمدحسین شیخی، مدیر گروه تحقیقاتی ادوات نیمه هادی این دانشگاه است.