پنلهای خورشیدی باریوم تیتانات: افزایش بازدهی باورنکردنی – تحولی شگرف در صنعت انرژی خورشیدی
معرفی پنلهای خورشیدی باریوم تیتانات
محققان دانشگاه مارتین لوتر هاله-ویتنبرگ (MLU) روش جدیدی برای افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی کشف کردهاند که میتواند صنعت انرژی خورشیدی را متحول کند. این تیم علمی با ایجاد لایههای کریستالی از باریوم تیتانات، استرانسیوم تیتانات و کلسیم تیتانات و قرار دادن آنها به صورت متناوب روی یکدیگر، موفق به دستیابی به این پیشرفت بزرگ شدند. نتایج تحقیقات آنها در مجله Science Advances منتشر شده است.
محدودیتهای سلولهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون
سلولهای خورشیدی فعلی عمدتاً بر پایه سیلیکون هستند، اما بازدهی آنها محدود است. این موضوع منجر به تحقیقات جدید در مورد مواد مختلف شده است، از جمله فروالکتریکها مانند باریوم تیتانات، که اکسید ترکیبی از باریوم و تیتانیوم است. مواد فروالکتریک دارای بارهای مثبت و منفی جدا شده فضایی هستند که ساختار نامتقارن به آنها میدهد و از نور الکتریسیته تولید میکنند.
ترکیب مواد برای افزایش بازدهی
پژوهش جدید نشان داده است که ترکیب لایههای بسیار نازک از مواد مختلف به طور قابل توجهی بازدهی انرژی خورشیدی را افزایش میدهد. به گفته دکتر آکاش باتناگار از مرکز نوآوری SiLi-nano در MLU، “نکته مهم این است که یک ماده فروالکتریک با یک ماده پارافروالکتریک به صورت متناوب عمل مند.”
«ما باریوم تیتانات را بین استرانسیوم تیتانات و کلسیم تیتانات قرار دادیم. این کار با تبخیر کریستالها توسط یک لیزر پرقدرت و بازنشانی آنها بر روی بسترهای حامل انجام شد. این ماده از ۵۰۰ لایه تشکیل شده که ضخامت آن حدود ۲۰۰ نانومتر است.»
افزایش ۱۰۰۰ برابری بازدهی
هنگام انجام اندازهگیریهای فوتوالکتریک، ماده جدید با نور لیزر تابش شد. نتیجه این اندازهگیریها حتی برای تیم تحقیقاتی نیز شگفتآور بود: در مقایسه با باریوم تیتانات خالص با ضخامت مشابه، جریان تا ۱۰۰۰ برابر قویتر بود، و این در حالی بود که نسبت باریوم تیتانات به عنوان جزء اصلی فوتوالکتریک تقریباً دو سوم کاهش یافته بود.
دلایل این بازدهی بالا
باتناگار توضیح میدهد: «تعامل بین لایههای شبکه به نظر میرسد منجر به افزایش چشمگیر ضریب دیالکتریک میشود، به عبارت دیگر، الکترونها به دلیل تحریک توسط فوتونهای نوری بسیار راحتتر جریان پیدا میکنند.» اندازهگیریها همچنین نشان داد که این اثر بسیار پایدار است و طی یک دوره ششماهه تقریباً ثابت باقی میماند.
کاربردهای عملی و آینده
تحقیقات بیشتر اکنون لازم است تا علت دقیق این اثر فوتوالکتریک برجسته مشخص شود. باتناگار مطمئن است که پتانسیل نشاندادهشده توسط این مفهوم جدید میتواند برای کاربردهای عملی در پنلهای خورشیدی استفاده شود. او میگوید: «ساختار لایهای در تمام محدودههای دمایی بازدهی بیشتری نسبت به فروالکتریکهای خالص نشان میدهد. همچنین این کریستالها بسیار دوام بیشتری دارند و نیازی به بستهبندی ویژه ندارند.»
تاثیر بر صنعت خورشیدی
این پیشرفت میتواند تأثیرات گستردهای بر صنعت خورشیدی داشته باشد. پنلهای خورشیدی ساختهشده با این ماده جدید بسیار بازدهتر خواهند بود و هزینه تولید آنها نیز کمتر از سلولهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون خواهد بود. علاوه بر این، این پنلها فضای کمتری برای تولید همان میزان برق نیاز خواهند داشت، که آنها را برای استفاده در مناطق شهری که فضا محدود است ایدهآل میکند.
نقش انرژی خورشیدی در آینده
انرژی خورشیدی یکی از سریعترین منابع انرژی تجدیدپذیر در حال گسترش و توسعه است و تقاضا برای پنلهای خورشیدی به طور چشمگیری افزایش خواهد یافت. طبق گزارش آژانس بینالمللی انرژی، انرژی خورشیدی تا سال ۲۰۵۰ به بزرگترین منبع برق تبدیل خواهد شد و حدود یک سوم از تولید برق جهانی را تشکیل خواهد داد. با این حال، بازدهی پنلهای خورشیدی فعلی باید بهبود یابد تا این هدف محقق شود.
مراحل بعدی تحقیقات
گروه تحقیقاتی MLU در حال حاضر بر روی یک نمونه سلول خورشیدی جدید بر اساس یافتههای خود کار میکند. اگر موفق شوند، این میتواند منجر به توسعه پنلهای خورشیدی تجاری مبتنی بر ماده جدید در سالهای آینده شود.
این یافتههای گروه تحقیقاتی MLU همچنین توجه سرمایهگذاران و کارآفرینان را جلب کرده است. چندین استارتآپ در حال حاضر به دنبال راههایی برای تجاریسازی این فناوری جدید هستند و سرمایهگذاران خطرپذیر نیز مشتاق به تأمین مالی تحقیقات بیشتر در این زمینه هستند.
مطالب مرتبط
