تطوير خلية شمسية بكفاءة تحويل الطاقة أكبر من 17%.. تصنيع منخفض التكلفة صديق للبيئة لخلايا عالية الكفاءة

تعد حلول الطاقة النظيفة والمستدامة ضرورية لتلبية متطلبات الطاقة المتزايدة للسكان من البشر.

تعد الخلايا الشمسية عالية الكفاءة مرشحة واعدة لتقليل انبعاثات الكربون وتحقيق حيادية الكربون.

في هذا الصدد، ولدت الخلايا الشمسية ديسلينيد النحاس المعالجة بالمحلول اهتمامًا كبيرًا، بسبب خصائصها الكهروضوئية الممتازة، مثل الامتصاص العالي للضوء المرئي، والاستقرار، وفجوة الحزمة القابلة للضبط.

فالتطبيقات العملية واسعة النطاق محدودة بسبب التحدي ذي الشقين، أولاً، ينتج عن تصنيع الخلايا الشمسية ديسلينيد، القائم على الحلول كفاءة تحويل منخفضة جدًا للطاقة، وغالبًا ما يستخدم مذيبات غير صديقة للبيئة.

ثانيًا، لتحقيق كفاءة أعلى في تحويل الطاقة، تعتمد طرق التصنيع على بيئة فراغ باهظة الثمن تؤدي إلى خسارة كبيرة في المواد.

استخدم الباحثون ترسيب الرذاذ المائي في بيئة الهواء

تحقيقا لهذه الغاية، طور فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور جون هو كيم من مركز أبحاث الطاقة العالمية لحياد الكربون، جامعة إنتشون الوطنية، كوريا طريقة تصنيع منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة لخلايا الشمسية عالية الكفاءة .

في دراسة نشرت في Advanced Functional Materials ، استخدم الباحثون ترسيب الرذاذ المائي في بيئة الهواء وطوروا خلية شمسية بكفاءة تحويل الطاقة (PCE) أكبر من 17٪.

يوضح البروفيسور كيم: “بالنسبة لمحلول الرش، استخدمنا الماء منزوع الأيونات، وهو صديق للبيئة وأرخص مذيب حتى الآن”، علاوة على ذلك، تعتمد عمليات التصنيع التقليدية القائمة على الحلول على مخازن مؤقتة قائمة على الكادميوم خطرة على البيئة لتحسين الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة.

في هذه التقنية الجديدة، استخدم الباحثون عازلة قائمة على كبريتيد الإنديوم، وهو بديل خالي من الكادميوم وصديق للبيئة.

حقق الباحثون كذلك في تأثيرات صناعة السبائك للزركونيوم على مخازن كبريتيد الإنديوم، بشكل ملحوظ، وجد الفريق أن خلائط الزركونيوم تزيد من تركيز الإلكترون في المخزن المؤقت، علاوة على ذلك، فإن هذه الطريقة “تخمد” أو تقلل حالات الخلل في ممتص CIGSSe ، مما يحسن نقل الشحنة بين واجهات مختلفة، مما يؤدي إلى تحسين PCE.

حقق الباحثون المزيد من التخميل للعيوب و PCEأعلى، بأكثر من 17 %، عن طريق خلط ممتص CIGSSe بالبوتاسيوم، تحتوي الخلية المصنعة على فجوة نطاق مثالية للتطبيقات عالية الكفاءة مثل الخلية السفلية أو الخلية الترادفية.

تقنية فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير

هذه التقنية الجديدة فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير بسهولة لأنها لا تتطلب بيئة فراغ.

كما يلاحظ البروفيسور كيم، “لقد قمنا بترسيب الرش في بيئة هوائية دون استخدام أي مرفق عالي التفريغ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة التصنيع، وبالتالي يجعل تقنية التصنيع أكثر عملية وتنافسية في قطاع الصناعة.”

يعمل هذا التطور على تحسين أداء وتصنيع الخلايا الشمسية CIGSSe في وقت واحد، سيؤدي ذلك إلى إحداث ثورة في تطبيق هذه الخلايا في الأجهزة الكهروضوئية المتكاملة والأجهزة الكهروضوئية المتكاملة للمركبات، وكمصادر للطاقة لأجهزة إنترنت الأشياء.