یه تیم از محققای آزمایشگاه بین‌المللی فناوری نانو (INL) یه اختراع جالب زدن: سلول‌های خورشیدی خیلی خیلی نازک که ممکنه دنیا رو عوض کنن! این سلول‌های خورشیدی جدید طوری طراحی شدن که هم سبک‌تر باشن، هم هزینه تولیدشون بیاد پایین و هم راحت‌تر و منعطف‌تر باشن.
خب حتماً توی تبلیغات زیاد شنیدین که هر چی یه پنل خورشیدی نازک‌تر باشه، سبک‌تر و به‌صرفه‌تر میشه. اما مشکل اینجا بود که وقتی لایه جذب‌کننده نور خیلی نازک میشه، بخشی از نور به جای اینکه جذب بشه و برق تولید کنه، از پشت پنل فرار می‌کنه! نتیجه‌ش این میشه که بازدهیِ پنل میاد پایین و کلی انرژی هدر میره.
اینجاست که کار خلاقانه تیم INL جواب داد! به کمک همکاری با دانشگاه اوپسالا سوئد و به رهبری پدرو سالومه، اومدن از یه چیزی به نام “آینه‌های نانوساختار” استفاده کردن. آینه نانوساختار یعنی یه لایه خیلی خیلی نازک از طلا رو با یه الگوی خاص میذارن پشت سلول خورشیدی، بعدشم روشو با آلومینیوم اکسید می‌پوشونن. آلومینیوم اکسید همون ترکیبیه که مثلاً توی ضد عرق‌ها و سرامیک‌ها هست و اینجا باعث کم شدنِ اتلاف الکتریکی میشه و جلوی خراب شدن انرژی رو می‌گیره (این کارو بهش میگن interface passivation یعنی همون جلوگیری از هدر رفتن انرژی الکترون‌ها توی سطح تماس).
این آینه طلایی، خیلی شیک و مجلسی نورهایی که فرار می‌کنن رو دوباره برمی‌گردونه به درون سلول تا یبار دیگه شانس جذبشون رو امتحان کنه! اینطوری کلی نور اضافه جذب میشه و بازدهی پنل زیادتر میشه.
اما نکته باحال ماجرا اینه که ساخت این آینه‌های ریز معمولاً خیلی گرون درمیاد و کار دستیه. تیم INL یه روش باحال‌تر استفاده کرد به اسم “نانواِمپریش لیتوگرافی” (nanoimprint lithography). این یعنی با یه حرکت مثل مهر زدن، طرح آینه رو روی لایه طلا نقش می‌زنن. هم سریع‌تره و هم برای تولید صنعتی کاملاً مناسبه و دردسر نداره.
اونا این تکنولوژی رو روی سلول‌های خورشیدی فوق نازک ACIGS امتحان کردن (ACIGS مخفف Ag,Cu,In,Ga,Se2 هستش که یه مدل سلول فیلم نازک معروفه به بازدهی خوب). نتیجه چی شد؟ بازدهی حدود ۱.۵ درصد بهتر شد که برای دنیای انرژی خورشیدی واقعاً عدد قابل‌توجهیه! علتش هم این بود که سلول، نور بیشتری رو جذب می‌کرد.
یه چیز جالب دیگه این بود که فهمیدن بهترین عملکرد این تکنولوژی وقتی به دست میاد که سلول‌ها رو دمای ۴۵۰ درجه سلسیوس (یا همون ۸۴۲ درجه فارنهایت) درست کنن. این دما جلوی پخش شدنِ اتم‌های طلا و خراب شدن ساختار رو می‌گیره. همین قابلیت باعث میشه سلول‌ها رو حتی روی پلاستیک منعطف هم بسازن.
به گفته‌ی خود تیم، این روش همزمان دو تا مشکل اصلی رو حل می‌کنه: یکی مدیریت نور (یا همون گیر انداختن فوتون‌های بیشتر!) و یکی هم interface passivation که گفتم یعنی پایین آوردن هدر رفت انرژی توی سطح تماس.
در نهایت، این تکنولوژی جدید باعث میشه سلول‌های خورشیدی خیلی نازک دیگه فقط یه ایده خفن تو آزمایشگاه نباشن و کم کم بتونیم پنل‌های سبک و منعطف رو واقعاً تو زندگی روزمره ببینیم. مثلاً پنل‌های خورشیدی رو میشه روی ماشین‌ها، ساختمونا یا حتی روی ابزارهای قابل حمل نصب کرد.
آندره ویولاس، اولین نویسنده مقاله، گفته: «این معماری به ما یه راه قدرتمند برای مدیریت نور و جلوگیری از ترکیب الکترون‌ها در دستگاه‌های فوق نازک میده، تازه پروسه ساختشم خیلی منطقی و عملی باقی می‌مونه.» و جنیفر تیشیرا هم اضافه کرده: «با ترکیب مدیریت نور و interface passivation داریم کم کم به معماری‌های جدید و جالب سلول‌های خورشیدی می‌رسیم!»
اگه دوست دارین خود مقاله رو بخونین، می‌تونین برید مجله Solar RRL و همه جزئیات رو اونجا ببینید. خلاصه که دنیای انرژی خورشیدی با این طلاکاری نانویی، داره یه قدم گنده به آینده نزدیک‌تر میشه!
منبع: +
