توسط : پژوهشگری از دانشگاه آکسفورد نشان داده است که استفاده از الکترودهای رسانای شفاف میتواند بازده سلولهای خورشیدی تاندِم پروسکایت–سیلیکون را بیش از ۲ درصد کاهش دهد. این افت عملکرد به مجموعهای از عوامل شامل مقاومت الکتریکی، اثرات اپتیکی و ملاحظات هندسی در طراحی سلول نسبت داده میشود.
در این مطالعه، با استفاده از یک مدل یکپارچه اپتیکی–الکتریکی، مشخص شده است که بهینهسازی دقیق ساختار TCE، نوع پوششها و طراحی کلی سلول نقشی حیاتی در نزدیک شدن به مرز بازدهی ۳۷ تا ۳۸ درصدی دارد؛ سطحی که بهعنوان هدف نهایی سلولهای تاندم پیشرفته در نظر گرفته میشود.
«سباستین بونیلا»، نویسنده اصلی این پژوهش، توضیح داد: «مطالعه ما نخستین چارچوبی را ارائه میدهد که امکان کمیسازی دقیق تلفات ناشی از TCEها در سلولهای خورشیدی تاندِم را فراهم میکند. نتایج نشان میدهد که حتی بهترین طراحیهای تاندم نیز میتوانند بهدلیل اثرات مرتبط با الکترودهای رسانای شفاف، با افت بیش از ۲.۵ درصدی بازده مواجه شوند.»
او تأکید کرد که این یافتهها برای تولیدکنندگان و پژوهشگرانی که بهدنبال انتقال فناوری سلولهای تاندم از مقیاس آزمایشگاهی به ماژولهای تجاری هستند، اهمیت کلیدی دارد.
وی افزود: «استفاده از الکترودهای شفاف رسانا (TCE)، که اغلب بهعنوان گزینهای ایدهآل در نظر گرفته میشوند، میتواند باعث ایجاد مقاومت الکتریکی و تلفات اپتیکی شود؛ عواملی که در عمل، بازده واقعی ماژولهای تاندِم را بهطور محسوسی کاهش میدهند. بهکارگیری عملی این الکترودها همچنان با چالشهایی مواجه است که کمتر به آنها توجه شده.»
وی توضیح میدهد که مدلسازیهای اپتیکی رایج قادر به کمیسازی دقیق مقاومت جانبی TCEها نیستند؛ بهویژه در پیکربندیهای دوطرفه (bifacial).
او همچنین اشاره میکند که وابستگی هندسی متقابل میان مقاومت ورقهای TCE، فاصله انگشتیهای فلزی و سایهاندازی فلزات، نوعی مبادله فنی اجتنابناپذیر ایجاد میکند که در نهایت توان خروجی را محدود میسازد، اما این محدودیتها بهندرت در محاسبات عملی بازده منعکس میشوند.
بر همین اساس، بونیلا یک مدل یکپارچه اپتیکی–الکتریکی را برای سلولهای خورشیدی تاندِم پروسکایت–سیلیکون دوترمیناله ارائه کرده است که این عوامل را بهطور همزمان در نظر میگیرد. در این چارچوب، پشتههای مختلف TCE برای ارزیابی تلفات عبور نور بررسی شدهاند و در کنار آن، پوششهای ضدبازتاب، لایههای بافر اسپاتر شده و بهینهسازی فاصله انگشتیها نیز در طراحی لحاظ شدهاند.
این پژوهشگر با استفاده از PySpice، یک چارچوب شبیهسازی مدارهای الکترونیکی مبتنی بر پایتون، یک مدل مداری پیادهسازی کرده که امکان انجام ارزیابی پارامتریهای انعطافپذیر روی ویژگیهای مواد را فراهم میکند؛ ازجمله چگالی جریان اشباع، پارامترهای بازترکیب و تلفات مقاومتی.
بونیلا توضیح داد: «این مدلسازی از نظر تئوریک برای هر دو جاذب خورشیدی قابل استفاده است، اما بهدلیل بلوغ فناوری و اهمیت تجاری، آن را برای سلولهای تاندم پروسکایت–سیلیکون به کار بردم.»
نتایج تحلیل نشان میدهد که سلولهای تاندم با تنها یک الکترود رسانای شفاف (TCE) نیز میتوانند تا ۲ درصد افت بازده را تجربه کنند. با این حال، در عمل سلولهای تاندم معمولاً از TCEهای میانی و پشتی استفاده میکنند که این موضوع افت عملکرد را بیش از پیش افزایش میدهد.
به گفته بونیلا، این تلفات با نتایج تجربی نیز همخوانی دارد؛ بهطوریکه تغییرات جزئی در فرایند لایهنشانی اکسید قلع–ایندیوم (ITO)، پوششهای ضدبازتاب یا لایههای مانع رسوبدهیشده به روش لایهنشانی اتمی (ALD)، مستقیماً به بهبودهای قابل اندازهگیری در عملکرد سلولهای تاندِم پیشرفته منجر شدهاند.
بونیلا در جمعبندی تأکید کرد: «این یافتهها برای تولیدکنندگان و پژوهشگرانی که قصد دارند سلولهای تاندم را از مقیاس آزمایشگاهی به ماژولهای تجاری ارتقا دهند، حیاتی است. نتایج همچنین نشان میدهد که نوآوری در مواد و همبهینهسازی طراحی چه فرصتهایی را فراهم میکند تا سلولهای تاندِم با بازده بالا بتوانند در کاربردهای واقعی، به تمام ظرفیت بالقوه خود دست یابند.»
این مطالعه در نشریه Joule منتشر شده است.
محققان راز پایداری سلولهای خورشیدی پروسکایت را شناسایی کردند
