دانشگاه استنفورد سلول خورشیدی نیمه‌شفاف با بازدهی 22٪ با استفاده از تنگستن ساخت
محققان دانشگاه استنفورد با همکاری مرکز تحقیقات بلژیکی Imec رویکرد جدیدی در تولید سلول‌های خورشیدی نیمه‌شفاف و کم‌هزینه با استفاده از تنگستن به‌جای سیلیکون توسعه داده‌اند.
این سلول‌ها که به عنوان سلول‌های خورشیدی دی‌کالکوژنید فلز واسطه (TMD) نیز شناخته می‌شوند، نسبت به سیلیکون ضریب جذب بالاتر و ویژگی‌های نیمه‌رسانا دارند.
تقاضای روزافزون برای انرژی پاک و سبزتر، نصب توربین‌های بادی و پنل‌های خورشیدی را افزایش داده است. در حالی که توربین‌های بادی هر روز بزرگ‌تر می‌شوند و به دریا منتقل می‌شوند، پنل‌های خورشیدی امکان نصب در فضاهای پرجمعیت مانند شهرها را دارند.
Interesting Engineering پیش‌تر گزارش داده بود که چگونه پنل‌های خورشیدی نمای بالکن‌ها در اروپا را تزئین کرده و به کاربران اجازه کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی را می‌دهد.
سال‌هاست که از سلول‌های خورشیدی شفاف به عنوان پنجره‌های آینده نام برده می‌شود که نور را وارد ساختمان‌ها می‌کنند و منبع تولید برق هستند. مانع اصلی در این رؤیا، کدورت پنل‌های خورشیدی بوده که با سلول‌های خورشیدی TMD قابل حل است.
سلول‌های خورشیدی TMD چه هستند؟
سلول‌های خورشیدی TMD به دلیل ضریب جذب بالا، بازدهی بالایی دارند. همچنین، این مواد دو بعدی بوده و دو مزیت اضافی دارند. اول اینکه بسیار انعطاف‌پذیر هستند و می‌توانند روی سطوح مختلف استفاده شوند.
دوم اینکه می‌توان از آن‌ها برای ساخت سلول‌های خورشیدی نیمه‌شفاف استفاده کرد که در کاربردهایی مانند پنجره‌های خورشیدی مفید هستند. به طور کلی، سلول‌های خورشیدی TMD می‌توانند استفاده از انرژی خورشیدی را در صنایع هوافضا، پوشیدنی‌ها و ساخت و ساز متحول کنند.
با این حال، فرآیند تولید سلول‌های خورشیدی TMD ممکن است برای کاربردهای وسیع‌تر مساعد نباشد.
تکنیک مناسب برای تولید انبوه
محققان استنفورد و Imec در بلژیک با همکاری یکدیگر تکنیک جدیدی برای تولید TMD توسعه دادند که می‌تواند فیلم‌های تنگستن دی‌سلنید (WSe2) با ساختار لایه‌ای وان در والس به‌صورت وافر تولید کند.
این تکنیک عمر حامل بار ماده را به 144 ns افزایش داد که 14 برابر بهتر از هر فیلم TMD تولید شده قبلی است.
همکاری آن‌ها منجر به تولید فیلم‌های چند لایه و سپری شده WSe2 به ضخامت 30 نانومتر روی یک وافر 150 میلی‌متری شد. محققان از دو روش سولنیزه کردن استفاده کردند: سلنیوم منبع جامد (SS-Se) یا پیش ماده هیدروژن سلنید (H2Se).
سلنیوم حالت جامد نیاز به دمای بالاتر از 1650 درجه فارنهایت (900 درجه سانتیگراد) دارد، در حالی که سولنیزه کردن H2Se می‌تواند در 1200 درجه فارنهایت (650 درجه سانتیگراد) انجام شود. فارغ از فرآیند استفاده شده، فیلم WSe2 تولید شده دارای باندگپ انرژی 1.2 تا 1.3eV است که آن را برای استفاده در سلول خورشیدی ایده‌آل می‌کند.
به گفته محققان، با بهبود دوپینگ و اتصالات، سلول خورشیدی می‌تواند بازده تبدیل انرژی 22.3 درصدی را به دست آورد. این مشابه با سلول‌های خورشیدی تجاری موجود است و راه را برای استفاده گسترده از سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر در کاربردهای مختلف باز می‌کند.
محققان افزودند که عمر بالاتر حامل‌های بار در سلول‌های خورشیدی WSe2 می‌تواند توان مصرفی 64 وات بر گرم در یک سلول بسته‌بندی شده و تا 3 وات بر گرم در یک ماژول خورشیدی را ارائه دهد. فرآیند تولید نه تنها ساده بلکه کم‌هزینه نیز هست و آینده جدیدی را برای فوتوولتائیک‌ها و نانوالکترونیک‌ها نوید می‌دهد.
یافته‌های تحقیق در سرور پیش‌چاپ، arxiv چاپ شده‌اند.
