في الآونة الأخيرة ، قام المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في الولايات المتحدة بتطوير أكثر الخلايا الشمسية كفاءة في العالم ، بأقصى كفاءة تحويل للطاقة بنسبة 47.1٪. على الرغم من أن سجلات الكفاءة هذه غالبًا ما يتم كسرها ، إلا أنه يمكن حاليًا تسمية الخلية الشمسية ذات كفاءة التحويل بنسبة 47.1٪ بأنها الخلية الشمسية الأكثر كفاءة في العالم. نُشرت أحدث نتائج البحث في Nature Energy في 13 أبريل.

تستمر الخلايا الشمسية في إحراز تقدم على طريق تحسين كفاءتها التحويلية ، ويمكن للجمع الصحيح من المواد أن يعزز قدرة الخلايا الشمسية على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. قال جون جيز ، العالم الرئيسي في فريق الخلايا الكهروضوئية الكريستالية عالية الكفاءة في NREL: "يوضح هذا الجهاز الجديد الإمكانات الهائلة للخلايا الشمسية متعددة الوصلات."

الخلايا الشمسية متعددة الوصلات هي نوع من الخلايا الشمسية عالية الكفاءة. تحتوي كل خلية على العديد من الأغشية الرقيقة التي يتم تصنيعها بواسطة epitaxy الحزمة الجزيئية أو ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي ، ويمكن لأشباه الموصلات المختلفة ذات فجوات النطاق المميزة المختلفة أن تمتص الطاقة من ترددات محددة للموجات الكهرومغناطيسية في الطيف.

حتى الآن ، أثبتت الأبحاث أن السيليكون هو المعيار الذهبي لكفاءة الخلايا الشمسية ، وأن كفاءة الخلايا الشمسية أحادية الوصلة التي تستخدم السيليكون فقط تتمتع حاليًا بأعلى كفاءة بنسبة 33٪. يمكن كسر حد الكفاءة البالغ 33٪ من خلال تغيير المواد ، وإضافة المزيد من النقاط العقدية ، وتنفيذ سلسلة من التقنيات الهندسية بين العقدتين. على سبيل المثال ، قد تتجاوز كفاءة التحويل لبعض الخلايا الشمسية ثلاثية الوصلات 45٪ تحت تركيز ضوء الشمس.

الخلية الشمسية المطورة حديثًا بواسطة NREL عبارة عن هيكل من ستة وصلات من النوع III-V ، حيث يشير "III-V" إلى موضع عنصر امتصاص الضوء في الجدول الدوري ، وتحتوي المواد III-V على نطاق واسع من امتصاص الضوء صفات. تم تصميم كل نقطة من نقاط الاتصال الست في الخلية على وجه التحديد ، وهي تتكون من ستة أنواع مختلفة من الطبقات الضوئية التي يمكنها التقاط الضوء من أجزاء معينة من الطيف الشمسي.

من خلال الهندسة الحديثة وتكنولوجيا النانو ، يحتوي الجهاز على حوالي 140 طبقة من طبقات المواد III-V المختلفة في المجموع لدعم أداء نقاط الاتصال هذه ، لكن عرضها لا يتجاوز ثلث شعرة الإنسان.

لاستكشاف أداء هذه الخلايا الشمسية من نوع III-V سداسية الوصلات ، قام علماء NERL باختبارها باستخدام ضوء مركّز ، والذي كان أكبر بـ 143 مرة من شدة ضوء الشمس الطبيعي. أظهرت نتائج الاختبار أن الخلية الشمسية الجديدة لديها كفاءة تحويل قياسية بلغت 47.1٪ تحت الضوء المركّز.

على الرغم من أن الاختبار تم إجراؤه تحت ضوء مركز ، وهو ما يتوافق مع كفاءة أقل مما يمكن تحقيقه بالفعل في الاستخدام العملي ، قال الفريق إن الجهاز الذي يركز ضوء الشمس على الخلية يمكن بناؤه باستخدام عاكسات. اختبر الفريق أيضًا هذا النوع الجديد من الخلايا مع التعرض الطبيعي لأشعة الشمس ، ولا تزال كفاءة التحويل تصل إلى 39.2٪. في حين أن 39.2٪ كفاءة التحويل قد تبدو غير بارزة ، إلا أنها لا تزال تسجل رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا لكفاءة التحويل تحت التعرض لأشعة الشمس.

لكسر حد الكفاءة البالغ 50٪ ، تتمثل العقبة الرئيسية في تقليل المقاومة الداخلية التي تعيق تدفق التيار في الخلية الشمسية ، وفقًا لجون جيز من NREL.

تكمن أهمية هذا البحث في أن الاختلاف في كفاءة التحويل في ضوء الشمس العادي والضوء المركّز يشير إلى احتمال وجود طريقة اقتصادية لنشر هذه الخلايا الشمسية من النوع III-V ذات الستة وصلات. باستخدام المرايا التي تركز الضوء على الخلايا الشمسية الجديدة ، والتي تعتبر منخفضة التكلفة نسبيًا ، من الممكن تقليل تكلفة استخدام هذه التقنية بشكل كبير. مع التركيز ، سيتم استخدام عدد أقل من أشباه الموصلات. في الوقت نفسه ، يمكن أن يؤدي تركيز ضوء الشمس أيضًا إلى تحسين كفاءة الخلية.

وفقًا لريان فرانس ، أحد المطورين المشاركين للخلية متعددة الوصلات وعالم في NREL ، من الممكن جدًا تجاوز إمكانات كفاءة الخلايا الشمسية التي تتجاوز 50٪. في الواقع ، قد يتطلب تحقيق نفس التأثير في النهاية فقط ترتيب حجم مواد أشباه الموصلات الأصلية أو حتى 1/1000 مقارنة بالمواد المستخدمة في بحث NREL. هذا من شأنه أن يجعل توليد الطاقة الشمسية في متناول الجميع.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون لهذا الاختراق في تكنولوجيا الخلايا الشمسية آثار إيجابية على الصناعات الأخرى ، مثل الفضاء ، حيث يمكن استخدام الخلايا الشمسية عالية الكفاءة لتشغيل المركبات الفضائية.

بشكل عام ، يعد تطوير الخلايا الشمسية الأكثر كفاءة في العالم بواسطة NREL خطوة مهمة إلى الأمام في صناعة الطاقة المتجددة. مع إمكانية تجاوز حد الكفاءة البالغ 50٪ ، يبدو مستقبل الطاقة الشمسية أكثر إشراقًا من أي وقت مضى.

• سنة التأسيس
  --
• نوع العمل
  --
• البلد / المنطقة
  --
• الصناعة الرئيسية
  --
• المنتجات الرئيسية
  --
• الشخص الاعتباري
  --
• عدد الموظفي
  --
• قيمة الإخراج السنوي
  --
• سوق التصدير
  --
• تعاون العملاء
  --