سایر مقالات, مقالات

سلول های خورشیدی نانوساختار

در سال 1833 اولین سلول خورشیدي توسط چارلز فریتس ساخته شد. او براي ساختن اتصال­ها سلنیوم نیمه هادي را با لایه بسیار نازکی از طلا پوشش داد. کارایی این سلول فقط 1 % بود. سلول خورشیدي جدید حساس به نور در سال 1946 به نام راسل اوهل ثبت شد، در حالی که آسون برگلاند قبلاً روش افزایش ظرفیت سلول­هاي حساس به نور را به نام خود ثبت کرده بود. عصر جدید فناوري برق خورشیدي در سال 1954 زمانی فرا رسید که حین آزمایش با نیمه هادی­ها تصادفاَ مشخص شد که سیلیکون با ناخالصی­هاي معین، بسیار حساس به نور است. این کشف منجر به تولید عملی اولین سلول­هاي خورشیدي با ضریب کارآیی انرژي نوري حدود 6 % گردید .  تحقیقات بعدي نشان داد که اثر فتوولتائیک تبدیل انرژي نوري به الکتریسیته در سطح اتمی است. اثر فتوولتائیک زمانی روي می دهد که پرتوي از نور ماوراء بنفش متشکل از فوتونها به قسمتی از یک جفت صفحه فلزي شارژ شده منفی برخورد نماید که در نتیجه باعث آزادي الکترون­ها از صفحه شارژ شده منفی می شود. این جریان الکترون­ها یک جریان الکتریکی است که می­تواند به شکل جریان جمع آوري (DC) مستقیم و سپس به جریان متناوب تبدیل شود و به عنوان نیروي برق به مصرف برسد.

در همین دهه مواد جدید توسعه یافته و اثر فتوولتائیک با معرفی آرایه هاي خورشیدي تجاري در عرصه صنعتی پا به حیات نهاد و توجه دولت­ها به تحقیقات در زمینه توسعه سلول­هاي خورشیدي معطوف گردید. اتحاد جماهیر شوروي و آمریکا در سال­هاي 1957 و 1958 اولین ماهواره­های خود را با استفاده از آرایه هاي خورشیدي به فضا فرستادند و امروزه این آرایه ها برق مورد نیاز هر چیز از خانه هاي شخصی گرفته تا ماهواره­های بزرگ را تأمین می کنند.به طوري که ظرفیت نصب شده پنلهای برق خورشیدی جهان از 4/1 گیگاوات ساعت در سال 2000 به 2/102 گیگاوات ساعت در سال 2012 افزایش یافته است که اروپا با 70 گیگاوات ساعت در مقام اول جهان و پس از آن به ترتیب چین با 3/8، آمریکا با 8/7 و ژاپن با 9/6 گیگاوات ساعت قرار داشته­اند.

در حال حاضر فناوری نانو با ایجاد تغییرات در ترکیب اتم­ها، نحوه آرایش آنها و کل اندازه مولکول­هاي ایجاد شده می تواند انواع بیشماري از مواد را تولید کند. آرایش مجدد فقط چند اتم در مواد با اندازه نانو می تواند ویژگی­هاي آنها را به نحو چشمگیري تغییر دهد و لذا هر تک اتم نیاز به دستکاري دقیق دارد. این امر مستلزم دقتی است که از فرایند­هاي موجود صنعتی فراتر می رود. با توجه به فرآیند­هاي انجام شده در صنایع نیمه هادی­ها که فقط وجود چند ذره گرد و غبار در یک متر مکعب هواي آن می­تواند بازدارنده و مشکل آفرین باشد، بدون شک تولید و کنترل در سطح اتمی مستلزم فرآیند­هایی متفاوت با فناوری­هاي موجود است.

ذرات نانو (با قطری بین 100-1/0 نانومتر) در مقایسه با ذرات بزرگتر نسبت سطح به حجم بسیار بزرگتري دارند. با کاهش اندازه ذرات به یک دهم نانومتر یا کمتر، اثرات کوانتومی پدیدار می شوند و این اثرات می­توانند به مقدار زیادي ویژگی­هاي نوري، مغناطیسی و الکتریکی مواد را تغییر دهند. از طریق پیگیري ساختار مواد در مقیاس نانو، امکان طراحی و ساخت مواد جدید با ویژگی­هاي کاملا نو به وجود می­آید .تنها با کاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ویژگی­هاي اساسی از قبیل هدایت الکتریکی، رنگ، استحکام و نقطه ذوب ماده (که معمولا براي هر ماده مقدار ثابتی از آن­ها را در نظر میگیریم) میتواند تغییر کند. با استفاده از ذرات نانو، پنل­هاي خورشیدي غیر سیلیکونی می توانند از ساختارهاي چندگانه کوانتمی مانند ریز لوله هاي کربنی یا نقاط کوانتمی جاسازي شده در پلیمرهاي رسانا یا اکسید هاي فلزي متخلخل ساخته شوند. با تغییر اندازه نقاط کوانتمی می­توان سلول­ها را براي جذب طول موجهاي مختلف تنظیم نمود. با استفاده از شبکه هاي نانو لوله­هاي کربنی به عنوان یک رساناي شفاف براي سلول­هاي خورشیدي ارگانیک نیز زمینۀ جدیدي پدید آمده است. این شبکه ها قابل انعطاف بوده و می توانند با روش­هاي گوناگون روي سطوح قرار داده شوند. با انجام بعضی عملیات، فیلم­هاي نانو لوله می توانند در برابر نور مادون قرمز بسیار شفاف باشند و باعث کارایی سلول­هاي خورشیدي با فاصله باند کوتاه شوند. شبکه هاي نانو لوله، هادی­هاي از نوع p هستند. در حالی که هادی­هاي شفاف سنتی منحصراَ از نوعn  هستند. قابلیت دسترسی به یک هادي شفاف نوع p می­تواند منجر به طراحی سلول­هاي جدیدي با کارآیی بیشتر و تولید آسانتر و انبوه تر شود. نسل سوم سلول­های خورشیدی ساخته شده با فناوری نانو هستند که شامل انواع مختلفی همچون سلول­های خورشیدی حساس شده با رنگ، سلول­های خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی، سلول­های پلیمری، پروسکایت وغیره می­باشند. این نسل در مرحله پیش از تجاری سازی به سر می­برند.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *