كفاءة نظرية تبلغ 63.2 بالمائة ، طفرة في الجيل الثالث من الخلايا الكهروضوئية!
Apr 12, 2023
مروع! يمكن للخلايا الشمسية ذات النطاق المتوسط الجديد (IBSCs) أن تحقق كفاءة نظرية تبلغ 63.2 في المائة ، أي أعلى بثلاث مرات من الخلايا الشمسية العادية (بكفاءات تصل إلى 20 في المائة)! اكتشاف اختراق من قبل فريق بحث دولي قد يحدث ثورة في صناعة الطاقة الشمسية! صرخ مستخدمو الإنترنت: هل مخزون مفهوم IBSCs على وشك إحداث طفرة؟
الحبيب الجديد لتقنية الجيل الثالث من الطاقة الشمسية
تمثل الخلايا الشمسية السليكونية البلورية الجيل الأول من الخلايا الشمسية ، بما في ذلك الخلايا الشمسية أحادية البلورية وخلايا السليكون متعددة البلورات وغير المتبلورة. تُستخدم هذه الخلايا بالفعل على نطاق واسع في التطبيقات التجارية والسكنية وتمثل 90 في المائة من السوق العالمية للخلايا الكهروضوئية. ومع ذلك ، فإن كفاءتها في تحويل الطاقة تبلغ 15-25 بالمائة فقط وتكاليف إنتاجها مرتفعة.
يتم تصنيع الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من الجيل الثاني على ركائز زجاجية ، وعلى الرغم من انخفاض تكاليف المواد والإنتاج ، فإن كفاءة تحويل الطاقة الخاصة بها تبلغ 6-10 في المائة فقط.
يهدف الجيل الثالث من الخلايا الشمسية إلى زيادة كفاءة تحويل الطاقة وتقليل التكاليف وتسهيل التطبيقات. تُعرف بالخلايا الشمسية الجديدة وتشمل الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة غير العضوية والعضوية ، والخلايا الشمسية الحساسة للصبغ والنقاط الكمومية ، والخلايا الشمسية الكالكوجينية. على الرغم من وقت تطوير هذه الخلايا القصير نسبيًا ، إلا أنها تتمتع بإمكانيات كبيرة للتطوير بسبب كفاءة تحويل الطاقة النظرية العالية وتكاليف الإنتاج المنخفضة نسبيًا.
من بين هذه الخلايا الشمسية ذات النطاق المتوسط (IBSC) هي مفهوم جديد مذهل لتحسين الكفاءة العالمية للخلايا الشمسية. مع كفاءة تحويل طاقة نظرية تصل إلى 63.2 في المائة ، فهي الحبيبة الجديدة لتكنولوجيا الطاقة الشمسية من الجيل الثالث وتفضلها الصناعة بشكل متزايد.
يتم تحقيق هذه الزيادة في كفاءة تحويل طاقة الخلية عن طريق إدخال نطاق طاقة ضيق مع كثافة صغيرة من حالات الطاقة في النطاق المحظور لأشباه الموصلات. يسمح إدخال نطاق الطاقة الضيق هذا بزيادة امتصاص فجوة النطاق الفرعي مع الحفاظ على ثبات جهد الدائرة المفتوحة. مع هذا التحسين ، تمتص الخلية الشمسية معظم الضوء المرئي بالإضافة إلى بعض ضوء الأشعة تحت الحمراء ، وبالتالي زيادة الناتج الحالي وكفاءة تحويل الطاقة للخلية.
الشكل 1 مخطط نطاق طاقة الخلية: تحتوي الخلايا الشمسية التقليدية فقط على نطاق توصيل CB ونطاق تكافؤ VB ، لكن الخلايا الشمسية ذات النطاق المتوسط تقدم أيضًا نطاقًا وسيطًا (IB) لزيادة امتصاص ضوء الشمس
على الرغم من كفاءة تحويل الطاقة النظرية العالية للخلية الشمسية ذات النطاق المتوسط (IBSC) ، إلا أن أداؤها ليس مرتفعًا كما هو متوقع بسبب طبيعتها المركبة العالية المتأصلة (تركيب الإلكترونات والثقوب في النطاق المتوسط) وتدمير شبكة أشباه الموصلات ، حيث تكون كفاءة تحويل الطاقة أقل من القيمة النظرية أو حتى أقل من كفاءة الخلية النموذجية. في الوقت نفسه ، فإن تصنيع الخلية مكلف للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع IBSCs بعمر قصير ولا يمكن استخدامها إلا في درجات حرارة منخفضة ، مما يحد بشكل كبير من إنتاجها الضخم وتطبيقها.
أعلن علماء من إمبريال كوليدج في المملكة المتحدة وجامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) في أستراليا مؤخرًا عن تطوير خلية شمسية جديدة ذات نطاق متوسط (IBSC) ونشروا أحدث أبحاثهم في مجلة RRL Solar. يمثل التصميم الجديد تقدمًا كبيرًا في مجال الخلايا الشمسية ذات النطاق الخلالي. وفقًا للتقرير ، يستخدم IBSC الجديد بنية خلية شمسية جديدة ويقدم بنية بصرية فريدة تستخدم بشكل فعال المزيد من الفوتونات في الطيف الشمسي لزيادة كفاءة الخلايا الكهروضوئية. يمثل نشر هذا البحث أيضًا خطوة مهمة إلى الأمام في مجال الخلايا الشمسية ذات النطاق المتوسط ، والتي من المتوقع أن تعزز التطبيق التجاري للخلايا الشمسية ذات النطاق المتوسط.
وفقًا للباحثين ، تقدم الخلية الشمسية ذات النطاق الوسيط المصممة حديثًا (IBSC) بنية خلية شمسية جديدة تتضمن "نطاق السقاطة" (RB) ، يمكن رؤية نطاق الطاقة منه في الشكل 1. ومن الممكن تشغيل درجة حرارة الغرفة. سيوفر هذا الاختراق أساسًا مهمًا للتطوير المستقبلي لخلايا IBSCs وهو معلم رئيسي في مجال الخلايا الشمسية ذات النطاق المتوسط.
في عام 2020 ، أعلن الباحثان الإسبانيان: "نعتقد أنه بمجرد تطوير IBSCs الفعالة ، سوف يبذل المجتمع العلمي مزيدًا من الجهد في تحسين أداء هذه الأجهزة. ونعتقد أنه بمجرد أن تثبت IBSCs أنها فعالة للغاية ومن المحتمل أن تكلفتها فعالة ، اعتمادًا على قطاع السوق ، ستظهر الصناعة قدرًا كبيرًا من الاهتمام ". الآن وقد تم تطوير IBSCs عالية الكفاءة ، يمكن أن يكون هذا تعديلًا رئيسيًا لصناعة الكهروضوئية بمجرد مشاركة المزيد من الشركات في التطوير والإنتاج الضخم.
