استخراج انرژی بیشتر از سلول‌های خورشیدی

به گزارش ایسنا به نقل از فیز، فیزیکدانان "دانشگاه واریک" (University of Warwick) در انگلستان، پژوهش جدیدی چاپ کرده‌اند که نشان می‌دهد شاید با تغییر شکل هر یک از کریستال‌های نیمه‌رسانای سلول‌های "فتوولتاییک" (PV)، بتوان انرژی بیشتری از سلول‌های خورشیدی استخراج کرد.

فتوولتاییک، یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشیدی است. در این روش، با به‌کارگیری سلول‌های خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان‌پذیر می‌شود.

نویسندگان این مقاله که "اثر فلکسو فتوولتائیک" (Flexo-Photovoltaic Effect) نام دارد، "مارین الکس" (Marin Alexe)، "مینگ‌مین یانگ" (Ming-Min Yang) و "دونگ جیک کیم" (Dong Jik Kim) از اساتید بخش فیزیک دانشگاه واریک هستند.

پژوهشگران این دانشگاه، محدودیت‌های فیزیکی طراحی کنونی سلول‌های خورشیدی را که محدودیت مطلقی در بهره‌وری خود دارند، بررسی کردند.

بیشتر سلول‌های خورشیدی، از دو لایه تشکیل شده‌اند که مرز ایجاد آنها، اتصال بین دو نوع نیمه‌رسانا، نیمه‌رسانای غیرذاتی، حامل‌های مثبت بار (سوراخ‌هایی که با الکترون پر می‌شوند) و نیمه‌رسانای غیرذاتی با حامل‌های منفی بار (الکترون‌ها) است.

هنگام جذب نور، اتصال میان دو نیمه‌رسانا، یک میدان داخلی را در خلاف جهت نگه می‌دارد و در سرتاسر اتصال، جریان و ولتاژی را تولید می‌کند. بدون چنین اتصالی، برداشت انرژی صورت نمی‌گیرد و حامل‌ها به سادگی و با سرعت برای از بین بردن هر بار الکتریکی، دوباره ترکیب می شوند.

این اتصال میان نیمه‌رساناها، برای جذب نیرو از سلول خورشیدی، یک موضوع اساسی است؛ اما با محدودیت کارایی، سروکار دارد. متاسفانه، این مواد که به خاطر واکنش به اثرات فتوولتائیک، مشهور هستند، کارایی کمی در تولید انرژی دارند و هرگز، در سیستم‌های عملی تولید انرژی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

گروه پژوهشی دانشگاه واریک تصمیم گرفت برای این که به چنین نیمه‌رساناهایی، شکل راس‌های رسانا بدهد، از ابزارهای میکروسکوپی نیروی اتمی استفاده کند و کریستال‌هایی از جنس " تیتانات استرانسیوم" (SrTiO3)، " تیتانیوم دی اکسید" (TiO2) و "سیلیکون" (Si) استخراج کند.

آنها دریافتند که ممکن است هر سه ماده، با این روش، تغییر شکل دهند و در حقیقت، اثر فتوولتائیک زیادی پیدا کنند.

پروفسور "الکس" در این باره گفت: گسترش محدوده این مواد، مزایایی دارد. این روش برای شکل دادن به هر نوع اتصال، ضروری نیست.  می‌توان هر نیمه‌رسانایی با جذب نور بهتر را برای سلول‌های خورشیدی انتخاب و بر حد ترمودینامیکی نهایی بهره‌وری تبدیل قدرت، غلبه کرد. اگر این روش در آینده، کارایی داشته باشد، ارزش تجاری بزرگی برای تولیدکنندگان سلول‌های خورشیدی و انرژی به همراه دارد.

این پژوهش در مجله " Science" به چاپ رسید.