تولید سلول خورشیدی قدرتمند با توانایی تبدیل ۶۰٪ انرژی به عنوان اولین در جهان
در رویدادی بی‌سابقه، محققان دانشگاه کومپلتنس مادرید اسپانیا یک سلول خورشیدی با نوار میانی ساخته‌اند که با استفاده از فسفید گالیم و تیتانیوم می‌تواند به‌طور نظری کارایی تبدیل انرژی ۶۰ درصدی داشته باشد.
این سلول خورشیدی می‌تواند این کارایی را در طول موج ۵۵۰ نانومتر و بالاتر ارائه دهد.
برای استفاده از انرژی ستاره درخشان ما، سلول‌های خورشیدی به کار گرفته‌ایم که می‌توانند نور خورشید را به جریان الکتریکی تبدیل کنند. با این حال، سلول خورشیدی بر پایه سیلیکون تنها می‌تواند بخشی از نور خورشید را که به آن برخورد می‌کرد بگیرد و باقی را به عنوان حرارت از بین ببرد.
حد بالایی که یک سلول خورشیدی می‌تواند انرژی را به برق تبدیل کند، محدوده شوکلی کویسر (SQ) است. به‌طور تئوریک، می‌توان آن را با توجه به انرژی فوتون در یک تقاطع p-n و ضررهایی که در یک سلول خورشیدی دیده می‌شود محاسبه کرد.
عبور از محدودیت SQ
محدودیت SQ یک سلول خورشیدی به ماده‌ای بستگی دارد که برای ساخت آن استفاده می‌شود. برای سیلیکون ، گپ باند 1.3eV است و محدودیت SQ آن ۳۳.۷ درصد است. این بدین معناست که حتی در بهترین شرایط، حتی بالاترین کیفیت سلول خورشیدی تولید شده هم نمی‌تواند ۷۷.۳ درصد از نور خورشید را که به آن می‌رسد، بهره‌برداری کند.
برای برآورده کردن تقاضای روزافزون انرژی، باید تعداد بیشتری سلول خورشیدی بسازیم و مناطق بیشتری از سیاره را با آنها پوشش دهیم. با این حال، یک سلول خورشیدی ساخته شده با ماده‌ای متفاوت می‌تواند محدودیت SQ بالاتری داشته باشد، که باعث می‌شود تولید برق کارآمدتر باشد .
خاویر اولئا آریزا و تیم تحقیقاتی او در دانشگاه کومپلتنس مادرید بیش از ۱۵ سال با فسفید گالیم (Gap) و تیتانیوم (Ti) در پی ساخت سلول خورشیدی کارآمدتری بوده‌اند.
رسیدن به کارایی 60 درصد
با توجه به اینکه محدودیت SQ به گپ باند ماده نیمه هادی بستگی دارد، آریزا و تیمش Gap را انتخاب کردند که دارای گپ باند 2.26 eV می‌باشد. تیم از یک نیروگیر Gap:Ti نازکتر از ۵۰ نانومتر و تماس‌های فلزی با استفاده از طلا و ژرمانیوم یک سلول خورشیدی به اندازه یک سانتیمتر مربع ساختند.
با انجام یک سری آزمایشات در اندازه‌گیری‌های عبور و بازتاب، تیم دریافت که سلول خورشیدی دارای نوار گسترده‌ای به دلیل جذب نور افزایش یافته در طول موج بالای ۵۵۰ نانومتر است. این احتمالاً به دلیل استفاده از Ti در setup است. پتانسیل نظری ساختار حدود ۶۰ درصد است.
تیم ابتدا در سال ۲۰۰۹ با این مواد کار کرده بود، اما ۱۵ سال طول کشید تا اولین دستگاه‌ها با آنها ساخته شود. حتی در این نقطه، دستگاه آماده استفاده در میدان نیست. کارایی آن بسیار ضعیف است و بسیاری از کارها باقی مانده است.
تیم ابتدا می‌خواهد یک نمونه اولیه سلول خورشیدی بسازد و کارایی بالاتری را نشان دهد. آنها همچنین قصد دارند مسائل مربوط به ساخت سلول‌های خورشیدی را با استفاده از روش‌های مختلف برای ترکیب Ti در آینده حل کنند.
استفاده تجاری از این فناوری می‌تواند زمان زیادی بگیرد، اما ما دیگر توسط پتانسیل سلول‌های خورشیدی محدود نیستیم.
یافته‌های تحقیقاتی در مجله پایداری مواد امروز منتشر شده است.
