كما نعلم جميعًا ، الطاقة الشمسية هي المصدر الرئيسي للطاقة الضوئية. يمكن لألواح السيليكون تحويل الضوء إلى كهرباء ، ويمكن لبطاريات الليثيوم الشمسية الترادفية التقليدية القيام بذلك بشكل أكثر فعالية عن طريق امتصاص أطوال موجية إضافية من الضوء.

ليس ذلك فحسب ، فقد أدرك الباحثون أنه باستخدام تكوين السلسلة المزدوجة ، فهو نظام جديد يستخدم طبقة تقليدية تعتمد على السيليكون وطبقة أخرى من بيروكسيد مصنوعة من مجموعة “سلسلة” من الأنظمة الجديدة ، والتي يمكنها جمع المزيد من الطاقة و التقاط الكثير من الضوء الضائع والمنعكس والمتناثر من الأرض (يسمى “البياض”) لزيادة تيار سلسلة الخلايا الشمسية بشكل كبير.

في 11 يناير 2021 ، نشرت منظمة التعاون الدولي ، بما في ذلك باحثون من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (KAUST) وكلية UT للهندسة) مقالًا بعنوان “كفاءة عالية على أساس هندسة فجوة النطاق” في مجلة Natural Energy. بيروكسيد / خلية سليكونية أحادية البلورية مزدوجة ”(ورق فعال ثنائي الكتلة أحادي الليثيكبيروفسكايت / Silicontandemsolarcellsviabandgapineering).

توضح هذه الورقة العملية الكاملة للفريق لتصميم أجهزة بيروكسيد / سيليكون لتتجاوز حدود الأداء المقبولة حاليًا لتكوينات السلاسل.

أعضاء الفريق أكملوا هذا البحث معا. ومن بينهم ، قدمت الدكتورة ميشيل ديباستياني فكرة بحثية وصنعت الجهاز مع أليساندرو جي. ميرابيلي.

طور زملاء ما بعد الدكتوراه بجامعة تورنتو YiHou و Bin Chen و Anand S. Subbiah فجوة نطاق البيروكسيد ، بينما طور Erkan Aydin و Furkan H. Isikgor أعلى اتصال وتخطيط ترادفيان.

استنتاج هذه الدراسة هو أن الخلية الشمسية الترادفية أحادية الجانب من البيروكسيد / السيليكون تستخدم البياض الضوئي المنتشر في البيئة ، والأداء أفضل من أداء الخلية الشمسية الترادفية البيروكسيد أحادية الجانب / السيليكون. أبلغ فريق البحث أولاً عن نتائج الاختبار في الهواء الطلق. تحت ضوء الشمس أحادي AM 1.5g ، تجاوزت كفاءة تحويل الطاقة المعتمدة للسلسلة على الوجهين 25 ٪ ، وكانت كثافة توليد الطاقة عالية حتى 26 ميجاوات / سم -2.

في الوقت نفسه ، درس الباحثون فجوة نطاق البيروكسيد المطلوبة للمطابقة المثلى للتيار في ظل ظروف الإضاءة الحقيقية المختلفة وظروف البياض ، وقارنوا خصائص هذه الأعمدة على الوجهين المعرضة لبياض مختلف ، وقدموا مقارنة بين نتيجتي حساب الطاقة الإنتاج في موقع بظروف بيئية مختلفة.

أخيرًا ، قارن الفريق مواقع الاختبار في الهواء الطلق مع سلاسل بيروكسيداز / سيليكون أحادية الجانب ومزدوجة الجانب لإثبات القيمة المضافة للازدواجية الترادفية للمواقع ذات البياض الفعلي ذي الصلة.

يتكون الجسم الرئيسي للخلية الشمسية الترادفية الجديدة من طبقة سيليكون وطبقة بيروكسيد. في نفس الوقت يتم دمجها مع العديد من المركبات الأخرى. قال البروفيسور ستيفان دي وولف. “التحدي الرئيسي هو مدى تعقيد الجهاز الترادفي. هناك 14 مادة متضمنة ، ويجب تحسين كل مادة بشكل مثالي لمراعاة تأثير البياض “.

قال الدكتور ميشيل ديباستياني ، المؤلف الرئيسي المشارك للدراسة. “باستخدام البياض ، يمكننا الآن توليد تيارات أعلى بكثير من الأغشية ثنائية القطب التقليدية دون أي زيادة في تكاليف التصنيع.” يشمل مؤلفو الدراسة البروفيسور تيد سارجنت وباحث ما بعد الدكتوراه YiHou في قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة تورنتو.

أجرى بحثًا حول إمكانية التقاط ضوء الشمس غير المباشر في الماضي ، لكنه لم يجر اختبارات تجريبية. بالإضافة إلى جامعة الهندسة والتكنولوجيا ، تعاون الباحثون في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (KAUST) أيضًا مع متعاونين من معهد كارلسروه للتكنولوجيا وجامعة بولونيا لحل العلوم اللازمة لدمج ضوء الشمس غير المباشر في قدرات حصاد الطاقة. من وحداتهم والتحديات الهندسية.

بعد ذلك ، في ظل الظروف الخارجية ، قاموا باختبار الخلايا الشمسية الترادفية على الوجهين وحققوا كفاءة تفوق أي ألواح شمسية تجارية من السيليكون.

“تعمل الخلايا الشمسية أحادية الوجه من السيليكون ذات الوجهين على زيادة حصتها بسرعة في سوق PHOTOVOLTAIC لأنها يمكن أن توفر تحسينًا نسبيًا بنسبة 20 ٪. يمكن أن يكون استخدام هذه الطريقة في بيروكسيد / سيلان أكثر فعالية من خلايا السيليكون الشمسية التقليدية. ويمكن أن تقلل من تكلفة المواد الخام “. واختتم البروفيسور ستيفان دي وولف حديثه. طور DeWolf وزملاؤه هذه التكنولوجيا بالتعاون مع فرق في كندا وألمانيا وإيطاليا.

في ختام الورقة ، أثبت الباحثون من خلال التجارب كيفية استخدام ميزة الوجهين لتحسين أداء هيكل البيروكسيد / السيليكون بأكمله. نظرًا لاستخدام فجوة ضيقة في نطاق بيروكسيد ، تعتمد هياكل الأجهزة ذات الأقطاب الكهربائية الخلفية الشفافة على البياض لزيادة الجيل الحالي للخلية السفلية وفي نفس الوقت زيادة الجيل الحالي لخلية بيروكسيد العلوية.

يتم تحقيق هذا المطابقة للبيروكسيدات مع فجوة نطاق 1.59-1.62 فولت. بالمقارنة مع سلسلة البيروكسيد / السيليكون أحادي الجانب ، فإن محتوى البروم هو الأصغر ، لذلك يتم تقليل الاستقرار المرتبط بفصل الهاليد بشكل كبير. مشكلة. قام الفريق بتقييم أداء الهيكل الترادفي على الوجهين في الاختبارات الميدانية ، وتوقع إنتاج الطاقة للهياكل الترادفية على الوجهين والأحادية الجانب في ظل ظروف مناخية مختلفة.

في كلتا الحالتين ، يكون الترادف أفضل من الهيكل أحادي الجانب ، مما يدل على وعد هذه التكنولوجيا. يوضح هذا العمل إمكانات فئة جديدة من الخلايا الشمسية عالية الكفاءة يمكنها استخدام تقنية عالية الأداء ولكن منخفضة التكلفة لسد الفجوة بحاجز 30 ميجاوات سم -2 بي جي دي.

من هنا ، يعد التحسين الإضافي لأداء المعدات والتوسع في النطاق التكنولوجي هما الخطوات المنطقية التالية لتقريب هذه التكنولوجيا من سوق الخلايا الكهروضوئية.

لم يشارك البروفيسور كريستوف باليف ، مدير مختبر الطاقة الكهروضوئية في المعهد الفيدرالي للتكنولوجيا في لوزان ، سويسرا ، في هذا البحث. هو قال. تقدم هذه الورقة أول دليل تجريبي واضح لجهاز ترادفي مزدوج الوجه. يعد التحليل الكمي للأداء الذي أبلغ عنه الباحثون مهمًا جدًا لإنشاء المعدات المستقرة المطلوبة لهذه التكنولوجيا لدخول السوق الشامل “.