باحثون يطورون كفاءة خلايا شمسية ذات تكلفة منخفضة
Researchers improve efficiency of low-cost solar cells
توضح الصورة مقطع عرضي في خلية شمسية منCZTSSe ويظهر كثافة حزم الحبيبات التي ادت الى زيادة الكفاءة
د. حازم فلاح سكيك المركز العلمي للترجمة: كجزء من التطور الجاري لتحسين الخلايا الشمسية لتطبيقات عملية اكثر، صمم باحثون من جامعة برديو Purdue University خلايا شمسية ذات تكلفة منخفضة، من مواد متوفرة بكثرة ويمكن تشكيلها بأحجام مختلفة ومستقرة جدا. الباحثون عملوا على زيادة المساحة السطحية للخلايا بمقدار 7.2% ويخططون للاستمرار في تطويرها في المستقبل.
الفريق البحثي بإدارة Qijie Guo نشروا دراستهم البحثية على الخلايا الشمسية المطورة في الإصدار الجديد من مجلة الجمعية الأمريكية الكيميائية Journal of the American Chemical Society، حيث ورد ان المادة المستخدمة في تصنيع الخلايا الشمسية هي مكونة من مركب كيميائي يحتوي على النحاس والزنك والقصدير تعرف بالاختصار CZTSSe وهي الأحرف الأولى للمركب copper-zinc-tin-chalcogenide وباستخدام محلول لصناعة افلام رقيقة. في بحوث سابقة بينت ان الطرق المستخدمة في صناعة الأفلام الرقيقة توفر إنتاج كبير من الخلايا الشمسية تلك بتكلفة منخفضة بالمقارنة بالطرق الأخرى.
تصميم الخلية الشمسية المعتمد على دراسات بحثية سابقة وضح ان صناعة الخلايا الشمسية باستخدام البلورات النانوية لمركب CZTS يمكن استخدامها عمليا بالرغم من انخفاض كفاءتها لاقل من 1%. وهنا الباحثون أضافوا تطويرات مهمة للتصميم بتعديل في المركب المستخدم من البلورات النانوية وكذلك تطوير في تقنية صناعة الأفلام الرقيقة.
بعد توليف البلورات النانوية واستخدامها في عمل فيلم رقيقة على شريحة داعمة للحصول على فيلم بسمك 1 ميكرومتر، لاحظ الباحثون ان فيلم بلورات النانو تظهر حزم كثيفة من الحبيبات تلك التي أدت إلى تحسين كفاءة الخلية الشمسية. وعند إجراء التجربة لفحص الخلية الشمسية وجد إنها يمكن ان تعطي كفاءة تصل إلى 7.2%. كما شرح الباحث Hugh Hillhouse أشار إلى ان السبب في ذلك يعود إلى كفاءة المساحة الكلية للخلية وليس المساحة الفعالة موضحا.
"ان كفاءة المساحة الكلية هي الأساس، حيث أفاد بعض الباحثون ان كفاءة المساحة الفعالة والتي تشمل فقط المساحة التي يصل لها الضوء. ولكن كل أفلام الخلايا الشمسية تصنع من وصلات معدنية تعمل على حجب الضوء من الوصول إلى بعض المناطق على الخلية الشمسية مما يقلل المساحة الفعالة. وعندما تدخل هذا التأثير على انه فقد فإننا استخدمنا مصطلح كفاءة المساحة الكلية".
تم الوصول لكفاءة 7.2% بعد غمر الخلية في ضوء الشمس لمدة 15 دقيقة وعند حجب الضوء انخفضت الكفاءة إلى 6.89%.
"ونعني بغمر الخلية في الضوء ان نسلك أشعة الشمس على الخلية لفترة من الزمن قبل ان نقوم بالقياسات كما قال الباحث Hillhouse "الأكثر احتمالا، ان عملية الغمر بالضوء تسمح لحاملات الشحنة بتوليد الفوتونات لملء الفراغات وإزاحة مستويات فيرمي. وهذه العملية لا تعتبر مشكلة لان عند استخدام الخلية الشمسية عمليا فإنها سوف تكون معرضة لأشعة الشمس"
بالرغم من انه في الوقت الراهن لا توجد خلايا شمسية مصنعة من CZTS أو CZTSSe في السوق للمقارنة، ولكن الخلايا الشمسية في هذه الدراسة منافسة جدا لطرق التصنيع الأخرى المستخدمة.
"يقول الباحث Hillhouse ان أفضل الخلايا الشمسية المصنعة في باستخدام تقنيات تعمل في الفراغ vacuum وصلت لكفاءة 6.7% ويضيف أيضا ان الخلايا الشمسية المصنعة باستخدام تقنيات تعمل في الفراغ كانت الأكثر كفاءة ولكن عملية التصنيع مكلفة جدا. وفي حالة مركب CZTS فان الطريقة المتبعة اقل تكلفة".
من أهم التحسينات التي تم إضافتها على هذه الخلايا الشمسية هو انخفاض الكفاءة الكوانتية للضوء عند أطوال موجية طويلة أي في منطقة الأشعة تحت الحمراء. ومحاولة الباحثين لتطوير كفاءتها بزيادة سماكة المادة الماصة مع ان زيادة السمك يعمل على زيادة مقاومتها أيضا. وفي المستقبل يخطط الباحثون لتحسين عملية التصنيع للحصول على أفلام أكثر سماكة والتي من الممكن ان تساهم في زيادة الكفاءة بشكل اكبر.
ويقول الباحث Hillhouse "هناك الكثير من المتغيرات في نظام CZTSSe، ومن الممكن ان التركيب الأفضل وبنية الجهاز وظروف التحضير لم نقم بضبطها للحصول على الأفضل ولكن نحن نعمل عليها"
للمزيد من المعلومات المفصلة عن هذا الخبر العلمي يمكن الحصول على البحث بالكامل من هنا:
Qijie Guo, et al. “Fabrication of 7.2% Efficient CZTSSe Solar Cells Using CZTS Nanocrystals.” J. Am. Chem. Soc. ASAP. DOI: 10.1021/ja108427b
تمت الترجمة بواسطة د. حازم فلاح سكيك
رد مع اقتباس
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة إيمـان
مواقع النشر (المفضلة)