سلولهای خورشیدی جدیدی ساخته شده است که نسبت به نمونه های ساخته شده ارزان تر و انعطاف پذیر تر هستند ، اما بازده یا پایداری آنها یکسان نیست. گروهی از محققان به سرپرستی پروفسور کریستف برابک ، مدیر انستیتوی مواد الکترونیک و فناوری انرژی (i-MEET) در کرسی علوم و مهندسی مواد در FAU ، چندین سال است که در زمینه بهبود این خصوصیات کار می کنند. آندره کلاسن ، که یک محقق جوان در FAU است ، در طی تز دکترای خود نشان داد که می توان با استفاده از مولکول های پذیرنده لومینس بهره وری را افزایش داد. کارهای او اکنون در مجله Nature Energy منتشر شده است.
قطعات دستگاه لیزرکلیک کنید
خورشید می تواند انرژی تشعشعی در حدود 1000 وات بر متر مربع را در یک روز روشن در عرض های جغرافیایی اروپا تأمین کند. سلول های خورشیدی سیلیکون تک بلورین متعارف و موجود در بازار تا یک پنجم این انرژی را به برق تبدیل می کنند ، به این معنی که بازده آنها در حدود 20 درصد است. گروه کاری پروفسور برابک از سپتامبر 2019 رکورد جهانی بهره وری را در یک ماژول فتوولتائیک آلی 12.6٪ به ثبت رسانده است.
ماژول چند سلولی توسعه یافته Energie Campus Nürnberg (EnCN) دارای مساحت 26 سانتی متر مربع است پروفسور برابک می گوید: “اگر بتوانیم توان بیش از 20٪ در آزمایشگاه به دست آوریم ، احتمالاً می توانیم در عمل و در واقعیت به 15٪ برسیم و با سلولهای خورشیدی سیلیکونی رقابت واقعی کنیم.”
کاربرد انعطاف پذیر و بهره وری بالای
مزایای سلول های خورشیدی جدید واضح است – آنها مانند فویل نازک و انعطاف پذیر هستند و می توانند متناسب با لایه های مختلف سازگار شوند. طول موج جذب نور خورشید را می توان از طریق ماکرومدول های استفاده شده تنظیم کرد. یک پنجره اداری پوشیده شده از سلولهای خورشیدی آلی که طیف قرمز و مادون قرمز را جذب می کند ، علاوه بر اینکه تابش گرما را کنترل می کند ، تولید برق همزمان می کند.
قیمت تیوب دستگاه لیزر کلیک کنید
یکی از معیارهایی که با توجه به تغییرات آب و هوایی به طور فزاینده ای اهمیت پیدا می کند ، دوره عملیاتی است که پس از آن سلول خورشیدی انرژی بیشتری از آنچه برای تولید آن لازم بود ، تولید می کند. این زمان به اصطلاح بازپرداخت انرژی، بستگی زیادی به فناوری استفاده شده و موقعیت سیستم فتوولتائیک (PV) دارد. طبق آخرین محاسبات موسسه Fraunhofer برای سیستم های انرژی خورشیدی (ISE) ، زمان بازپرداخت انرژی ماژول های PV ساخته شده از سیلیکون در سوئیس حدود 2.5 تا 2.8 سال است. با این حال ، طبق گفته دکتر توماس هومولر ، همكار تحقیق در پروفسور Brabec’s Chair ، این زمان برای سلولهای خورشیدی آلی تنها به چند ماه كاهش می یابد.
از دست دادن عملکرد برای جداسازی شارژ
در مقایسه با یک سلول خورشیدی سیلیکونی “سنتی” ، معادل آلی آن یک نقطه ضعف قطعی دارد: نور خورشید بلافاصله برای جریان بار تولید نمی کند ، بلکه به اصطلاح اکسیتون هایی است که در آنها بارهای مثبت و منفی هنوز محدود هستند. دکتر هومولر توضیح می دهد: “یک گیرنده که فقط بار منفی را به خود جلب کند ، برای ایجاد جداسازی بار مورد نیاز است ، که به نوبه خود بارهای رایگان تولید می کند.
برای جداسازی اتهامات ، نیروی محرکه خاصی لازم است. این نیروی محرک به ساختار مولکولی پلیمرهای مورد استفاده بستگی دارد. از آنجا که مولکولهای خاصی از گروه فولرن دارای نیروی محرکه بالایی هستند ، تاکنون انتخاب ارجح گیرنده الکترون در سلولهای خورشیدی آلی بوده اند. در این میان ، دانشمندان دریافته اند که یک نیروی محرکه بالا تأثیر مخربی بر ولتاژ دارد. این بدان معنی است که خروجی سلول خورشیدی مطابق با فرمولی که برای جریان مستقیم اعمال می شود کاهش می یابد – توان برابر ولتاژ بار جریان است.
آندره کلاسن می خواست دریابد که نیروی محرکه چقدر کم است تا فقط به تفکیک کامل بار از اکسیتون برسد. برای این کار ، او ترکیبی از چهار پلیمر دهنده و پنج گیرنده را که قبلاً پتانسیل خود را برای استفاده در سلول های خورشیدی آلی ثابت کرده اند ، مقایسه کرد. کلاسن از آنها برای تولید 20 سلول خورشیدی دقیقاً در همان شرایط با نیروی محرکه تقریباً صفر تا 0.6 الکترون ولت استفاده کرد.
افزایش عملکرد با مولکول های خاص
نتایج اندازه گیری اثبات نظریه ای است که قبلاً در تحقیق فرض شده است – تعادل “بولتزمن” بین اکسیتونها و بارهای جدا شده ، اصطلاحاً انتقال بار (CT) بیان می کند. دکتر لری لوئر ، متخصص فتوفیزیک در گروه کاری برابک ، می گوید: “هرچه نیروی محرکه به صفر نزدیک شود ، تعادل به سمت اکسیتون ها بیشتر می شود.” این بدان معنی است که تحقیقات آینده باید بر جلوگیری از پوسیدگی اکسیتون متمرکز شود ، این به معنای افزایش “طول عمر” تحریک آن است.
تاکنون ، تحقیقات فقط بر روی عمر عملی وضعیت CT متمرکز بوده است. اکسیتون ها می توانند با انتشار نور (لومینسانس) یا گرما از بین بروند.از این سیستم عملکردی میتوان در ساختمان ها، بیابان های وسیع و روی سطح دریا و دریاچه ها استفاده کرد. با اصلاح ماهرانه پلیمرها ، دانشمندان توانستند تولید حرارت را به حداقل برسانند و تا آنجا که ممکن است لومینسانس را حفظ کنند. آندره کلاسن پیش بینی می کند: “بنابراین می توان بازده سلول های خورشیدی را با استفاده از مولکول های پذیرنده بسیار درخشنده افزایش داد.” (منبع : گروه طبیعت گردی و گروه گردشگری )