توسط : پژوهشگران کره‌جنوبی موفق شدند سلول خورشیدی دوطرفه‌ای بسازند که هم از نظر راندمان و هم چگالی توان، رکورد جدیدی ثبت کرده است. این سلول مس–ایندیوم–سلنیوم (CuInSe₂) با فرایندی در دمای پایین تولید شده و توانسته در سمت جلویی به راندمان ۱۵.۳۰ درصد و در سمت پشتی به ۸.۴۴ درصد برسد. این سلول برای استفاده در سلول‌های خورشیدی تاندم توسعه یافته است. به‌نظر می‌رسد این رکورد تازه می‌تواند در آینده، مسیر توسعه سلول‌های خورشیدی کارآمدتر و سبک‌تر را هموار کند.
به گزارش مجله pv، گروهی از محققان مؤسسه علم و فناوری دئگو–گیونگ‌بوک (DGIST) کره‌جنوبی اعلام کردند در این فناوری جدید، از لایه اکسید شفاف رسانا (TCO) برای فعال کردن عملکرد دوطرفه در فرایند دمای پایین استفاده شده که شامل یک مرحله آلیاژ نقره (Ag) نیز بوده است.
به گفته پژوهشگران، دلیل انتخاب مواد مس–ایندیوم–گالیوم–سلنیوم (CIGS) و به‌ویژه CuInSe₂ برای سلول‌های خورشیدی دوطرفه، پهنای باند باریک این مواد (رسانایی بالا) و پتانسیل بالای آن‌ها برای استفاده در نسل بعدی فناوری‌های خورشیدی، از جمله سلول‌های تاندم تمام‌فیلم‌نازک پروسکایتی، پنل‌های خورشیدی یکپارچه با ساختمان (BIPV) و پروژه‌های کشاورزی–خورشیدی (Agrivoltaics) بوده است.
«دائه-هوان کیم»، نویسنده مسئول این پژوهش که در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده، توضیح می‌دهد: «سلول‌های خورشیدی CIS با پهنای باند حدود ۱.۰ الکترون‌ولت می‌توانند شریک ایده‌آلی برای سلول‌های تاندم پروسکایتی باشند. این ترکیب حتی باعث کاهش مقدار برم (Br) در لایه پروسکایت می‌شود و همین ویژگی، CIS را به گزینه‌ای جذاب برای تحقیقات آینده تبدیل کرده است.»
افزایش راندمان سلول دوطرفه CISبا کاهش دمای فرایند لایه‌نشانی
کیم درباره رویکرد نوآورانه تیمش گفت: «ما با یک ابتکار ساده ولی مؤثر، مصرف نقره را به‌شدت کاهش دادیم. تنها با یک لایه فوق‌نازک ۵ نانومتری نقره، هم عملکرد بالای سلول را حفظ کردیم و هم هزینه مواد را پایین آوردیم.»
به گفته او، تیم تحقیقاتی همچنین فرایند رشد در دمای پایین را بهینه کرده که برای رابط ITO/CIGS مزایای زیادی دارد. این روش جلوی تشکیل لایه مضر اکسید گالیوم آمورف (GaOx) را در بخش پشتی سلول گرفته و گامی مهم برای افزایش بازده و دوام این سلول‌های خورشیدی به شمار می‌رود: «درنهایت توانستیم در دسته سلول‌های CIS با پهنای باند حدود ۱.۰ eV، خروجی توان فوق‌العاده‌ای هم در نوردهی از پشت و هم در حالت دوطرفه به‌دست آوریم.» نتیجه این کار، ساخت سلولی بود که بازدهی ۸.۴۴ درصدی از پشت و ۱۵.۳۰ درصدی از جلو را ثبت کرد.
در این مطالعه، نمونه‌ها با لایه ۲۰۰ نانومتری اکسید قلع ایندیوم (ITO) روی شیشه آهک سوددار (سودالایم) ساخته شدند. سپس یک لایه نقره (Ag) به ضخامت ۵ نانومتر اضافه شد و در ادامه، لایه جاذب CIS با گالیوم کم به‌کار گرفته شد. برای بهینه‌سازی سطح تماس پشتی جاذب، از فرایند تبخیر مشترک چندمرحله‌ای اصلاح‌شده استفاده شد که کیفیت آن با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) از مقطع عرضی تأیید گردید.
تیم تحقیقاتی همچنین فرایند رشد در دمای پایین را با بررسی کیفیت نمونه‌های ساخته‌شده در دماهای ۴۶۰، ۴۲۰ و ۳۹۰ درجه سانتیگراد، با آلیاژ نقره و بدون آن، بهینه‌سازی کرد. محققان اعلام کردند سلولCIS با پهنای باند باریک و آلیاژ نقره در بخش پشتی، بازدهی ۸.۴۴ درصدی از پشت و ۱۵.۳۰ درصدی از جلو ثبت کرده که به گفته تیم، این ارقام در نوع خود بی‌سابقه است.
کیم افزود: «ازآنجاکه ما توانستیم سلول‌های دوطرفه CIS را بدون مشکل قابل‌توجه بسازیم، این فرایند و روش‌ها می‌توانند به‌راحتی در حوزه گسترده‌تر مطالعات دوطرفه CIGS نیز مورد استفاده قرار بگیرند.»
تیم تحقیقاتی نتیجه گرفت که دمای پایین در فرایند لایه‌نشانی باعث بهبود عملکرد سمت پشتی شده و کاهش دما، مقدار کم گالیوم و آلیاژ نقره نقش مهمی در کاهش تلفات بازترکیب حامل‌ها در سلول‌های خورشیدی CIS دارند.
چشم‌انداز آینده
کیم گفت: «در گام بعدی، با بهره‌گیری از فرایند دمای پایین بهینه و بهبودهای سمت پشتی، قصد داریم عملکرد این سلول‌ها را ارتقا دهیم. همچنین نتایج این پژوهش را روی سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک مبتنی بر آنتیموان نیز به‌کار می‌بریم تا پتانسیل آن‌ها را برای کاربردهای مقیاس‌پذیر و پربازده بررسی کنیم.»
