دانشمندان MIT سلول های خورشیدی سیلیکونی موجود را با روش شکافت اکسایتون منفرد حساس کرده اند. این می تواند بازده سلول های خورشیدی را از 18 درصد به 35 درصد افزایش دهد و در نتیجه تولید انرژی را دو برابر کند و در نتیجه هزینه های فناوری خورشیدی را کاهش دهد.
کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و ایجاد فناوری‌هایی برای آینده‌ای پایدار ضروری است. نیروی خورشیدی منبع تجدید پذیر است انرژی جایی که نور خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. سلول های خورشیدی معمولاً از سیلیکون ساخته می شوند که از فرآیند فتوولتائیک برای تبدیل نور خورشید به برق استفاده می کند. سلول‌های پشت سر هم در حال طراحی هستند که عموماً شامل سلول‌های پروسکایتی هستند که در آن هر بخش از سلول‌های خورشیدی می‌تواند انرژی خورشید را از طیف متنوع آن مهار کند و در نتیجه کارایی بالاتری داشته باشد. سلول های خورشیدی موجود امروزه به دلیل بازدهی آنها که فقط 15 تا 22 درصد است محدود شده اند.
مطالعه ای که در 3 جولای در طبیعت نشان داده است که چگونه سیلیکون خورشیدی راندمان سلولی را می توان با اعمال اثری به نام شکافت اکسایتون منفرد تا 35 درصد افزایش داد. در این اثر یک ذره منفرد نور (فوتون) می تواند دو جفت الکترون-حفره را در مقابل یک جفت ایجاد کند. شکافت اکسایتون منفرد از زمان کشف آن در دهه 1970 در بسیاری از مواد دیده می شود. مطالعه حاضر با هدف ترجمه این اثر برای اولین بار به یک سلول خورشیدی زنده انجام شد.
Researchers transferred single exciton fission effect from tetracene – a known material which exhibits it – into crystalline silicon. This material tetracene is a hydrocarbon سازمانی semiconductor. The transfer was achieved by placing an additional thin layer of hafnium oxynitride (8 angstrom) between excitonic tetracene layer and silicon solar cell and coupling them.
این لایه کوچک اکسی نیترید هافنیوم به عنوان یک پل عمل کرد و تولید فوتون های پر انرژی را در لایه تتراسن ممکن کرد که سپس باعث آزاد شدن دو الکترون در سلول سیلیکونی بر خلاف الکترون معمولی شد. این حساس شدن سلول خورشیدی سیلیکونی تلفات حرارتی شدن را کاهش داد و حساسیت بهتر به نور را امکان پذیر کرد. انرژی خروجی سلول های خورشیدی با تولید خروجی بیشتر از قسمت های سبز و آبی طیف دو برابر شد. این می تواند بازده سلول های خورشیدی را تا 35 درصد افزایش دهد. این فناوری با سلول های خورشیدی پشت سر هم متفاوت است زیرا فقط جریان بیشتری را بدون افزودن سلول های اضافی به سیلیکون اضافه می کند.
مطالعه حاضر سلول‌های خورشیدی سیلیکونی تک‌شکافتی را نشان داده است که می‌توانند بازدهی بیشتری را نشان دهند و در نتیجه هزینه کلی تولید انرژی فناوری خورشیدی را کاهش دهند.
***
{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}
منبع (ها)
اینزینگر، ام. و همکاران. 2019. حساس شدن سیلیکون با شکافت اکسایتون منفرد در تتراسن. طبیعت. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
