لقد قطعت الخلايا الشمسية شوطًا طويلاً ، لكن الخلايا الشمسية الرقيقة وغير المكلفة لا تزال متخلفة عن الخلايا الشمسية البلورية الأكثر تكلفة من حيث الكفاءة. الآن ، يقترح فريق من الباحثين أن استخدام غشاءين رقيقين من مواد مختلفة قد يكون هو السبيل لإنشاء خلايا رقيقة وبأسعار معقولة بكفاءة تبلغ حوالي 34%.

قال أخليش لاختاكيا ، الأستاذ بجامعة إيفان بوغ وأستاذ علوم الهندسة والميكانيكا في ولاية بنسلفانيا ، أخليش لاختاكيا ، "قبل عشر سنوات ، كنت أعرف القليل جدًا عن الخلايا الشمسية ، لكن اتضح لي أنها مهمة جدًا".

من خلال التحقيق في المجال ، وجد أن الباحثين اقتربوا من الخلايا الشمسية من جانبين ، الجانب البصري - بالنظر في كيفية جمع ضوء الشمس - والجانب الكهربائي - يبحث في كيفية تحويل ضوء الشمس المجمع إلى كهرباء. يسعى الباحثون البصريون إلى تحسين التقاط الضوء ، بينما يسعى الباحثون في مجال الكهرباء لتحسين التحويل إلى الكهرباء ، يبسط كلا الجانبين الآخر.

قالت لاختاكيا: "قررت إنشاء نموذج يتم فيه التعامل مع الجوانب الكهربائية والبصرية على قدم المساواة". "كنا بحاجة إلى زيادة الكفاءة الفعلية ، لأنه إذا كانت كفاءة الخلية أقل من 30% ، فلن تحدث فرقًا." أبلغ الباحثون عن نتائجهم في عدد حديث من رسائل الفيزياء التطبيقية.

لاختكية منظّر. إنه لا يصنع أغشية رقيقة في المختبر ، ولكنه يصنع نماذج رياضية لاختبار إمكانيات التكوينات والمواد حتى يتمكن الآخرون من اختبار النتائج. وقال إن المشكلة تكمن في أن البنية الرياضية لتحسين البصري والكهربائي مختلفة تمامًا.

وأوضح أن الخلايا الشمسية تبدو أجهزة بسيطة. تسمح الطبقة العلوية الشفافة لأشعة الشمس أن تسقط على طبقة تحويل الطاقة. المادة المختارة لتحويل الطاقة تمتص الضوء وتنتج تيارات من الإلكترونات سالبة الشحنة وثقوب موجبة الشحنة تتحرك في اتجاهين متعاكسين.

يتم نقل الجسيمات المشحونة بشكل مختلف إلى طبقة تلامس علوية وطبقة تلامس سفلية تنقل الكهرباء من الخلية للاستخدام. تعتمد كمية الطاقة التي يمكن أن تنتجها الخلية على كمية ضوء الشمس التي يتم جمعها وقدرة طبقة التحويل. تتفاعل المواد المختلفة مع الأطوال الموجية المختلفة للضوء وتحولها.

قال لاختاكيا: "أدركت أنه لزيادة الكفاءة علينا امتصاص المزيد من الضوء". "للقيام بذلك ، كان علينا أن نجعل الطبقة الماصة غير متجانسة بطريقة خاصة."

كانت تلك الطريقة الخاصة هي استخدام مادتين ماصتين مختلفتين في غشاءين رقيقين مختلفين. اختار الباحثون CIGS المتاح تجاريًا - ثنائي سيلينيد الغاليوم النحاسي - و CZTSSe - سيلينيد النحاس والزنك والقصدير والكبريت - للطبقات. في حد ذاته ، تبلغ كفاءة CIGS حوالي 20% و CZTSSe حوالي 11%.

هاتان المادتان تعملان في خلية شمسية لأن بنية كلتا المادتين هي نفسها. لديهم نفس البنية الشبكية تقريبًا ، لذا يمكن زراعتها واحدة فوق الأخرى ، وتمتص ترددات مختلفة من الطيف ، لذا يجب أن تزيد الكفاءة ، وفقًا لاختاكيا.

قالت لاختاكيا: "لقد كان مذهلاً". "أنتجوا معًا خلية شمسية بكفاءة 34%. هذا يخلق بنية جديدة للخلايا الشمسية - طبقة فوق طبقة. يمكن للآخرين الذين يمكنهم بالفعل صنع خلايا شمسية أن يجدوا تركيبات أخرى للطبقات وربما يفعلون ما هو أفضل ".

وفقًا للباحثين ، فإن الخطوة التالية هي إنشاء هذه التجارب بشكل تجريبي ومعرفة الخيارات المتاحة للحصول على أفضل الإجابات النهائية.