دستاوردی ایرانی برای سلول‌هاي‌خورشيدي

[FREE MAN]

به گزارش مشرق به نقل از ايسنا، سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگدانه‌ها نسبت به سلول‌های خورشیدی سیلیکونی ارزانتر و با دوام‌تر هستند. استفاده از سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگدانه‌ها همانند سلول‌های خورشیدی سیلیکونی در مرحله تحقیقاتی است و هنوز تجاری‌سازی نشده‌اند. اما هدف اغلب فعالیت‌هایی که با انرژی سروکار دارند و در راستاي افزایش راندمان سلول‌های خورشیدی انجام مي‌شوند، استفاده از منبع رایگان خورشید است؛ به طور کلی در آینده‌ای نه چندان دور نياز به استفاده از این فناوري، صنایع، اماکن مسکونی، تجاری و دولتی را در بر خواهد گرفت.



دکتر مسعود همدانیان، دانشیار گروه شیمی فیزیک و پژوهشکده علوم و فناوری نانوی دانشگاه کاشان، بالا بردن راندمان نوری سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگدانه‌ها و تولید سلول‌هایی با قابلیت ماندگاری بالا را هدف این پژوهش بیان کرد.

به گفته وي، در این پژوهش از نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید در ساخت پوشش اولیه روی FTO استفاده شد و ساختارهای هسته – پوسته ساخته شده نیز در مقیاس نانو ایجاد شد که هر دو عامل باعث بالارفتن راندمان سلول می‌شود. زیرا در ساختار نانو، نسبت سطح به حجم بطور قابل توجهی افزایش می‌یابد و این عمل باعث به دام‌اندازی بیشتر الکترون در الکترودها و افزایش راندمان می‌‌شود.

وی با اشاره به مراحل این کار تحقیقاتی گفت: در ابتدا برای ساخت الکترود، یک لایه میکرونی از تیتانیوم دی‌اکسید به روش الکتروفورز بر روی شیشه‌های FTO پوشش داده شد. سپس این لایه با غلظت‌های مشخصی از پیش ماده‌های TiCl4 و ZnO به صورت ساختارهای هسته-پوسته تبدیل شدند و در ادامه با استفاده از رنگدانه و ساندویج کردن الکترودهای آند و کاتد ساخته شده، سلول خورشیدی مورد نظر ساخته شد و قابلیت‌های آن مورد بررسی قرار گرفت.

همدانیان، بالا بردن راندمان سلول خورشیدی با استفاده از دو پیش ماده شناخته شده و ارزان و تعیین غلظت موثر و مشخص در ساخت سلول و همچنین رسیدن به جریان بالا توسط روش الکتروفورز را از نتایج مهم و ويژگي‌هاي نوآورانه اين طرح دانست.

وی در رابطه با نتایج این کار تحقیقاتی افزود: در روند بهبود خواص نوری دو نوع بهینه‌سازی صورت گرفت. در قسمت اول سطح تیتانیوم دی اکسید با تیتانیوم تترا کلرید (TiCl4) بهینه شد که این عمل باعث افزایش 40 درصدی در بهره‌وری سلول خورشیدی شد.

قسمت دوم این بهینه سازی با روی اکسید (ZnO) صورت گرفت و نتیجه آن افزایش 10 درصدی در بهره‌وری سلول خورشیدی بود و در نهایت سلول‌هایی با پارامترهای جریان مدار کوتاه حدود mA 20، پتانسیل مدار باز mV 70 و راندمان 55.6 تهیه شد.

در این پژوهش وحید جباری و افشار گراوند از دانشگاه کاشان و محسن اسد از مرکز تحقیقات نانوی دانشگاه شیراز با دکتر همدانیان همکاري کرده‌اند. نتایج اين طرح در مجله «Surface and Coatings Technology» (جلد 106، شماره 22، 25 ژوئن 2012) منتشر شده است.

[Hesam - 1994]

 
 ساخت نسل سوم سلول‌های خورشیدی
محققان گروه پژوهشی فوتونیک دانشگاه یزد در مطالعات خود که از ۸ سال قبل آغاز شده بود موفق به ساخت آزمایشگاهی با چهار نوع سلول خورشیدی به عنوان نسل سوم این سلول‌ها شدند و توانستند نانو ذراتی را برای افزایش بازده این سلول‌ها در فاز تجاری تولید کنند.
دکتر عباس بهجت مدیر گروه پژوهشی فوتوتیک دانشگاه یزد در گفت‌وگو با خبرنگار علمی ایسنا با بیان اینکه این گروه در دانشکده فیزیک این دانشگاه مستقر شده است، گفت: محققان فوتونیک دانشگاه یزد، در زمینه سلول‌های خورشیدی آلی، مطالعاتی را در دستور کار دارند.
وی سلول‌های خورشیدی آلی را نسل سوم سلول‌های خورشیدی توصیف کرد و اظهار داشت: نسل اول سلول‌های خورشیدی از نوع معدنی و نسل دوم این سلول‌ها از نوع لایه نازک است که کاربردی کردن این نسل از سلول‌های خورشیدی مقرون به صرفه است.
بهجت، تولید نسل سوم سلول‌های خورشیدی را با استفاده از مواد آلی دانست و ادامه داد: این نوع از سلول‌های خورشیدی انعطاف پذیر، ارزان و سبک است و این ویژگی‌ها سبب شده است که مورد توجه مراکز تحقیقاتی دنیا قرار گیرند.
وی با تاکید بر این که گروه پژوهشی فوتونیک دانشگاه از ۸ سال قبل مطالعه در زمینه این نوع سلول‌ها را در دستور کار خود قرار داده است، خاطرنشان کرد: در این راستا به منظور افزایش راندمان سلول‌های خورشیدی از نانو ذرات و ساختارهای نانویی و همچنین لایه‌های نازک پلیمری استفاده و نتیجه این تحقیقات منجر به تاسیس شرکت دانش بنیان “ادوات نوری نانو ساختار» در دانشگاه یزد شد.
مدیر گروه پژوهشی فوتوتیک دانشگاه یزد با تاکید بر اینکه عمده فعالیت این شرکت بر روی سلول‌های خورشیدی نسل سوم متمرکز شده است، یادآور شد: مطالعات ما در زمینه چهار دسته از سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ،‌نقاط کوانتومی، پلیمری و هیبریدی است و موفق به تولید این سلول‌ها در فاز آزمایشگاهی شدیم.
تلاش برای افزایش طول عمر سلول‌های خورشیدی هیبریدی
بهجت، ساختار سلول‌های خورشیدی هیبریدی را از مواد پلیمری دانست و اضافه کرد: در این سلول‌ها علاوه بر مواد پلیمری، از برخی فلزات مانند «پروسکایت» استفاده می‌شود که در این زمینه از سه سال قبل مطالعاتی را آغاز کردیم و موفق به تولید سلول‌های هیبریدی با بازده ۱۹ درصد شدیم.
مدیر عامل شرکت دانش بنیان ادوات نوری نانو ساختار، میزان بازده سلول‌های خورشیدی معدنی را ۲۵ درصد ذکر کرد و اظهار داشت: در سلول‌های خورشیدی هیبریدی تا ۱۹ درصد به بازده انرژی دست یافتیم و در حال حاضر درصدد حفظ پایداری میزان بازدهی و افزایش طول عمر این سلول‌ها هستیم.

سلول‌های خورشیدی کوانتوم دات‌ها
مدیر گروه پژوهشی فوتوتیک دانشگاه یزد از تولید آزمایشگاهی سلول‌های خورشیدی کوانتوم دات‌ها خبر داد و یادآور شد: در این مطالعات موفق به تولید سلول‎های خورشیدی نقاط کوانتومی با بازده سه تا چهار درصد شدیم.
وی با تاکید بر این که از دستاوردها و یافته‌های این مطالعات برای افزایش جذب در سلول‌های خورشیدی پروسکایت بهره‌مند شدیم، خاطرنشان کرد: سلول‌های خورشیدی باید قابلیت جذب نور از لایه مرئی تا لایه مادون قرمز خورشیدی را داشته باشند که در این راستا با استفاده از نقاط کوانتومی، میزان جذب نور را در این سلول‌ها افزایش دادیم.

بهینه سازی اجزای مختلف سلول‌های خورشیدی
بهجت، با بیان اینکه سلول‌های خورشیدی از سه لایه تشکیل شده‌اند، گفت: سلول‌های خورشیدی دارای سه لایه فوتو آند، لایه میانی شامل ماده جاذب و لایه عقبی سلول‌های خورشیدی است که در این مطالعات اقدام به بهینه سازی این اجزا کردیم.

تجاری‌سازی نانو ذرات تولید شده در دانشگاه یزد
وی تولید نانو مواد برای استفاده در حوزه‌های فوتوتیک و بیو فوتونیک را از دیگر زمینه‌های تحقیقاتی این گروه پژوهشی نام برد و افزود: تولید نانو ذرات دی اکسید تیتانیم با قابلیت نیمه رسانایی و خواص الکترونیکی،‌مغناطیسی و اپتیکی بالا از جمله دستاوردهای ما بوده است که در زمینه افزایش بازده سلول‌های فتو ولتائیک و سلول‌های خورشیدی حساس شده به رنگ و یا نقاط کوانتومی کاربرد دارد.
مدیر گروه پژوهشی فوتوتیک دانشگاه یزد نانو ذرات نقره در اندازه‌های ۱۰ و ۲۰ نانو متر را از دیگر دستاوردهای این گروه پژوهشی ذکر کرد و یادآور شد: ساخت لایه‌های نازک اکسید گرافن بسیار مشکل است و هر لایه آن مبلغی بالغ بر ۳۰۰ یورو دارد؛ از این رو در این مطالعات موفق به ساخت و تجاری‌سازی این لایه‌های نازک شدیم.
بهجت تولید و تجاری سازی نانو ذرات اکسید روی (ZNO) برای ساخت لایه‌های رسانای شفاف در سلول‌های خورشیدی و نانو ذرات نیمه رسانای کادمیوم- قلع سولفید برای پایدار سازی مولکول‌های رنگی و افزایش ضریب جذب را از دیگر تولیدات این دانشگاه نام برد که موفق به تجاری سازی آنها شده‌اند.

بهترین سلول خورشیدی برای تامین انرژی
این محقق با تاکید بر ضرورت توجه به انرژی خورشیدی، اظهار داشت: بسیاری از کشورهایی چون آلمان و سوئیس که دارای آفتاب کمی هستند از انرژی خورشیدی استفاده می کنند به گونه ای که با حمایت دولت مردم انرژی خورشیدی را تولید کرده و به دولت می‌فروشند. اما در ایران با توجه به پتانسیل موجود، می‌توان با توسعه فناوری‌های سلول‌های خورشیدی،برق یک سال کشور را تولید کرد.
وی ادامه داد: بر اساس نتایج به دست آمده از مطالعات بر روی انواع سلول‌های خورشیدی، بهترین نوع سلول های خورشیدی، سلول های پروسکایت است و امیدواریم با تولید این سلول‌ها به صورت پنل و تجاری‌سازی آنها خدماتی در این زمینه عرضه کنیم.

منبع : tt3