دستاورد جدید: ساخت سلول خورشیدی سیلیکونی مبتنی بر نانولوله‌های کربنی با راندمان ۲۳ درصد

شرکت چینی DAS Solar با همکاری دانشگاه هبِی (Hebei University) سلول خورشیدی سیلیکونی جدیدی با بازده ۲۳ درصد توسعه داده که در آن از نانولوله‌های کربنی در لایه انتقال حفره (HTL) استفاده شده است؛ رویکردی نوآورانه که می‌تواند توان خروجی را افزایش داده و پیچیدگی فرایند تولید را کاهش دهد.

به گزارش pv magazine، در این طراحی جدید، پژوهشگران به‌جای ماده متداول PEDOT از ترکیب نانولوله‌های کربنی (CNT) با PSS استفاده کرده‌اند. این ترکیب که با نام CNT:PSS شناخته می‌شود، بدون نیاز به آلایش (دوپ) سنگین عملکرد مؤثری از خود نشان داده و می‌تواند در ساختارهای پیشرفته‌ای مانند TOPCon و HJT نیز به‌کار رود.

در این روش نوآورانه، ترکیب رسانایی الکتریکی بالا با غیرفعال‌سازی سطح مشترک موجب بهبود عملکرد سلول شده است. این لایه جدید دارای تابع کار (work function) معادل ۵٫۶۳ الکترون‌ولت است که از مقدار معمول در PEDOT:PSS (بین ۴٫۹ تا ۵٫۱ eV) بالاتر است.

برای رفع مشکل پراکندگی نانولوله‌های کربنی در محلول، پژوهشگران از فناوری انفجار پرفشار (High-pressure blasting) استفاده کردند و با مهندسی سطح، مسیرهای انتقال بار را بهینه ساختند.

مزایای ساخت سلول خورشیدی با نانولوله کربنی

نمونه‌های اولیه مبتنی بر طراحی CNT:PSS/Si به بازدهی بیش از ۲۳٫۳ درصد دست یافته‌اند که نسبت به سلول‌های مبتنی بر PEDOT:PSS حدود ۱۵ درصد بهبود عملکرد را نشان می‌دهد. براساس شبیه‌سازی‌ها، بازده نظری این فناوری می‌تواند تا حدود ۲۹ درصد نیز افزایش یابد.

یکی از مهم‌ترین مزیت‌های این معماری سلول خورشیدی، سادگی ساخت و مقرون‌به‌صرفه بودن آن است. فیلم CNT:PSS را می‌توان در دمای محیط و به‌صورت پوشش محلولی تهیه کرد، بدون نیاز به دوپینگ در دمای بالا یا استفاده از تجهیزات خلأ. این ویژگی‌ها نیازهای حرارتی و تجهیزاتی را کاهش داده و صرفه‌جویی چشمگیری در هزینه تولید به همراه دارد.

براساس برآورد DAS Solar، هر گیگاوات ظرفیت تولید با این فناوری می‌تواند حدود ۲۵ میلیون یوان (۳.۵ میلیون دلار) صرفه‌جویی به همراه داشته باشد و هزینه ساخت هر سلول خورشیدی تا ۲۵ درصد کاهش یابد.

شرکت DAS Solar اعلام کرده که لایه‌ CNT:PSS/Si HTL ظرفیت‌های چشمگیری در حوزه‌های مختلف دارد:

«این ساختار می‌تواند به‌عنوان لایه‌ انتقال‌دهنده حفره و پسیواسیون در سلول‌های TOPCon و HJT به‌کار رود و با افزایش توان خروجی و کاهش پیچیدگی ساخت همراه باشد. همچنین، به‌دلیل تابع کار بالا و قابلیت فرایند در دمای پایین، گزینه‌ای مناسب برای استفاده به‌عنوان الکترود بالایی در سلول‌های هیبریدی پروسکایتی–سیلیکونی است. همچنین، انعطاف‌پذیری مکانیکی و شفافیت نوری بیش از ۹۵ درصد این ماده، آن را برای کاربرد در پنل‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر و سیستم‌های فتوولتائیک ساختمانی (BIPV) به گزینه‌ای ایده‌آل تبدیل کرده است.»

جزئیات این دستاورد در مقاله‌ای در ACS Energy Letters منتشر شده است.

همچنین بخوانید: افزایش بازده سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با سزیم برومید