توسط 
پنجره ای با شیشه سلول خورشیدی
تحولی عظیم در زمینه انرژی پاک و صنعت ساختمان
سلول خورشیدی بسیار شفاف با ورق اتمی دو بعدی با موفقیت ساخته شد
پنل‌های خورشیدی معمولاً برای خراب کردن ظاهر خانه‌ها و کسب‌وکارها بسیار بد می‌شوند. با این حال، این ممکن است در حال تغییر باشد.
یک گروه تحقیقاتی یک سلول خورشیدی بسیار شفاف با ورق اتمی دو بعدی ساخته است. این سلول‌های خورشیدی تقریباً نامرئی به میانگین شفافیت مرئی 79 درصدی دست یافتند، به این معنی که در تئوری می‌توان آنها را در همه جا قرار داد – پنجره‌های ساختمان، پانل جلویی اتومبیل‌ها و حتی پوست انسان.
پنجره ای با شیشه سلول خورشیدی 1111
دانشمندان مدت‌هاست که به دنبال توسعه سلول‌های خورشیدی شفاف بوده‌اند، اما مواد مناسب تا کنون وجود نداشته‌اند.
برای ساخت سلول خورشیدی، این تیم موانع تماس بین اکسید قلع ایندیم (ITO)، یکی از پرکاربردترین اکسیدهای رسانای شفاف، و دی سولفید تنگستن تک لایه را کنترل کردند. آنها فلزات نازک مختلفی را روی ITO پوشاندند و یک لایه نازک از اکسید تنگستن را بین ITO پوشش داده شده و دی سولفید تنگستن قرار دادند.
تصویری نوری از یک سلول خورشیدی بسیار شفاف که با یک صفحه اتمی دوبعدی ساخته شده است. © توشیاکی کاتو
توشیاکی کاتو، نویسنده مقاله و دانشیار دانشکده مهندسی دانشگاه توهوکو، خاطرنشان کرد: روشی که ما سلول خورشیدی را تشکیل دادیم، منجر به راندمان تبدیل توان بیش از 1000 برابر دستگاهی با استفاده از الکترود معمولی ITO شد. .
تلاش این گروه به همین جا ختم نشد. آنها همچنین بررسی کردند که چگونه سلول خورشیدی آنها را می توان برای استفاده در یک پنل خورشیدی واقعی گسترش داد.
کاتو گفت: “ما اصلاحات طراحی مناسب مورد نیاز برای جلوگیری از افت ولتاژ غیرمنتظره را که با افزایش سطح دستگاه همراه است، کشف کردیم.”
پنجره ای با شیشه سلول خورشیدی
جزئیات تحقیقات آنها در مجله Scientific Reports در 4 جولای 2022 منتشر شد.
سلول‌های خورشیدی شفاف می‌توانند کاربردهای مختلفی داشته باشند، از استفاده به عنوان پنجره گرفته تا پنل‌های شیشه‌ای برای دستگاه‌های هوشمند. حالا تیمی از محققان ژاپنی توانسته‌اند سلول خورشیدی تقریبا نامرئی با استفاده از «اکسید قلع …
سلول‌های خورشیدی شفاف می‌توانند کاربردهای مختلفی داشته باشند، از استفاده به عنوان پنجره گرفته تا پنل‌های شیشه‌ای برای دستگاه‌های هوشمند. حالا تیمی از محققان ژاپنی توانسته‌اند سلول خورشیدی تقریبا نامرئی با استفاده از «اکسید قلع ایندیم» (ITO) و شفافیت 79 درصد بسازند.
محققان ژاپنی از دانشگاه «توهوکو» موفق به توسعه این سلول خورشیدی تقریبا نامرئی شده‌اند که در آن از اکسید قلع ایندیم به عنوان الکترود شفاف و از سولفید تنگستن (WS2) برای لایه فوتواکتیو استفاده شده است. این ترکیب باعث شده که سلول جدید به میزان شفافیت 79 درصد دست یابد و استفاده تجاری از آنها را یک قدم به واقعیت نزدیک‌تر کند.
زینگ هی، یوتا ایواموتو، توشیرو کانکو و توشیاکی کاتو*
در اینجا، ما یک سلول خورشیدی تقریباً نامرئی را از طریق کنترل دقیق مانع تماس ایجاد کردیم بین الکترود اکسید قلع ایندیم (ITO) و دی سولفد تنگستن تک لایه (WS2) که توسط رسوب بخار شیمیایی (CVD). مانع تماس بین WS2 و ITO با پوشش کنترل می شد فلزات نازک مختلف در بالای ITO (Mx/ITO) و قرار دادن یک لایه نازک از WO3 بین Mx/ITO و
تک لایه WS2، که منجر به افزایش شدید ارتفاع مانع شاتکی (تا 220 مگا ولت) شد.
این می تواند کارایی جداسازی حامل بار را در سلول خورشیدی نوع شاتکی ما افزایش دهد. را راندمان تبدیل توان (PCE) سلول خورشیدی با الکترود بهینه شده (WO3/Mx/ITO) بیش از 1000 برابر دستگاهی که از الکترود معمولی ITO استفاده می کند. ساخت در مقیاس بزرگ از سلول خورشیدی نیز مورد بررسی قرار گرفت، که نشان داد که یک انبساط اندازه ساده با کریستال های بزرگ WS2 و الکترودهای بلند موازی نتوانستند توان کل (PT) بدست آمده از دستگاه کامل را بهبود بخشند حتی با افزایش سطح دستگاه؛
پنجره ای با شیشه سلول خورشیدی
این را می توان با تئوری نفوذ توضیح داد. این مشکل با کاهش نسبت ابعاد (عرض/طول کانال) ساختار دستگاه واحد به مقدار کمتر از یک آستانه بحرانی با تکرار آزمایشات روی این دستگاه واحد بهینه شده با تعداد مناسبی از اتصالات سری و موازی، PT را می توان تا 420 pW از a افزایش داد 1-cm2 سلول خورشیدی با مقدار بسیار بالا (79%) میانگین انتقال مرئی (AVT).
سلول های خورشیدی شفاف (TSCs) توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده اند زیرا می توانند بر محدودیت ها غلبه کنند
سلول های خورشیدی غیر شفاف سنتی1 که می تواند اجزای مختلف مانند پنجره های معماری را تبدیل کند،
سوله‌های کشاورزی، پانل‌های شیشه‌ای دستگاه‌های هوشمند و حتی پوست انسان در دستگاه‌های برداشت انرژی. با وجود
پیشرفت های اخیر در TSC ها با پروسکایت2 و نیمه هادی های آلی 3-5 ، میانگین شفافیت قابل مشاهده است
(AVT) این منابع کمتر از 70 درصد است. بنابراین، TSCها با مقادیر AVT بسیار بالا (بیش از 70%)، در اینجا ما “نزدیک” می نامیم
سلول های خورشیدی نامرئی (NISCs)” هنوز چالش برانگیز است. تا آنجا که ما می دانیم، NISC ها تنها توسط ترکیب چندین دستگاه متمرکز کننده های خورشیدی درخشان (TLSCs)6،7 UV یا IR را جذب کرده و تولید می کند لومینسانس روشن، که با بازتاب داخلی به لبه TLSC منتشر می شود.
پنجره ای با شیشه سلول خورشیدی
تولید برق الکتریکی را می توان در لبه TLSC ها با استفاده از یک سلول خورشیدی غیر شفاف Si معمولی به دست آورد که منجر به AVT بسیار بالا (بیش از 80%). با این حال، یک قطعه غیر شفاف همیشه در لبه دستگاه مورد نیاز است، که نشان می دهد که مسائل مقیاس پذیری می تواند بوجود آید 6،7 . اخیراً، TSC با مقادیر AVT نسبتاً بالا در AZOEmbedded ZnO/NiO/AgNW8 گزارش شده است.
(70%)، رنگ9 (75%) و ClAlPc:C6010 (77.45%). Tese می توانند کاندیدای NISC ها باشند. دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه دوبعدی (TMD)، به‌ویژه برای TMDهای تک لایه و چند لایه، از جمله شکاف‌های نواری مناسب در محدوده نور مرئی و بالاترین هم‌کارایی جذب در هر ضخامت 11،12، یکی از امیدوارکننده ترین مواد برای ساخت NISC ها در نظر گرفته می شود. به روز، بسیاری از سلول های خورشیدی مبتنی بر TMD با استفاده از اتصالات pn13-17، heterojunctions18-20، Schottky مورد بررسی قرار گرفته اند.
junctions21 و غیره (جدول S1 و S2). با این حال، بیشتر آنها به دلیل استفاده از بسترهای مات Si و الکترودهای فلزی غیر شفاف 13-17،19 غیر شفاف هستند. حتی اگر دستگاه هایی در مقیاس میکرومتر می توانند به قدرت خاصی دست یابند
راندمان تبدیل (PCE)، توان کل (PT) به دست آمده از کل دستگاه در همان بستر بیش از حد است.
پایین به دلیل عدم مقیاس پذیری در دستگاه ها اعمال می شود 22،23. در مطالعه قبلی ما، بالاترین PCE 0.7٪
با استفاده از یک TMD21 سه لایه با ساختار اتصال شاتکی به دست آمد. ساختار اتصال تیس شاتکی می تواند
حتی بر روی بستر پلی اتیلن نفتالات (PEN) در مقیاس سانتی متر منبسط و اعمال شود. با این حال، یک وجود داشت
مبادله بین شفافیت و PT زیرا از الکترودهای فلزی غیر شفاف استفاده شد. بنابراین، الکترودهای شفاف و TMDهای تک لایه باید برای تحقق NISCهای مبتنی بر TMD با PT نسبتاً بالا استفاده شوند.
در این مطالعه، ما با استفاده از ITO و تک لایه دی سولفد تنگستن (WS2) به ترتیب به عنوان الکترودهای شفاف و لایه فوتواکتیو، یک NISC را با موفقیت ساختیم. مشکل تماس بین ITO و WS2 بررسی شد، نشان می دهد که یک اتصال ITO-WS2 خالص دارای ارتفاع سد شاتکی نسبتاً کم (ΦB) (<10 مگا ولت) است، و یک الکترود ITO با پوشش مس نازک با درج WO3 (WO3/Cu/ITO) می‌تواند ΦB را تا حدودی افزایش دهد.
220 مگا ولت در تماس با WS2. این می تواند برای جمع آوری و تولید حامل در یک نوع شاتکی مفید باشد سلول خورشیدی، به ترتیب. علاوه بر این، مشخص شد که طراحی معماری مناسب برای آن حیاتی است سلول خورشیدی مبتنی بر TMD را افزایش دهید تا از افت غیرمنتظره ولتاژ مدار باز (VOC) جلوگیری کنید.
اگرچه طبق پژوهش جدید با یک سلول خورشیدی با شفافیت 79 درصد روبه‌رو هستیم، اما سلول‌های خورشیدی دیگر که با استفاده از «پروسکایت» و نیمه‌رساناهای آلی توسعه پیدا کرده‌اند، میزان شفافیت کمتر از 70 درصد دارند.
سلول محققان ژاپنی که اتصال «Schottky» نام دارد، یک رابط را بین یک فلز و یک نیمه‌رسانا قرار می‌دهد تا نوار لازم برای جداسازی بار را فراهم کند. دستگاه پیشنهادی و ساختار ایده‌آل نوار، جفت حفره الکترونی تولید شده توسط نور را با استفاده از تفاوت در عملکرد میان یکی از الکترودها و نیمه‌رساناها جدا می‌کند.
WS2 عضو از خانواده مواد کالکوژنایدهای فلز واسطه (TMD) به حساب می‌آید که طبق ادعای دانشمندان بخاطر شکاف باند قابل قبول در محدوده نور مرئی و جذب فوق‌العاده در ازای ضخامت، گزینه مناسبی برای ساخت سلول‌های خورشیدی تقریبا نامرئی محسوب می‌شود.
در سلول محققان ژاپنی اتصال ITO-WS2 به وسیله کندوپاش کردن ITO روی یک بستر کوارتز و رشد تک لایه WS2 با استفاده از رسوب شیمیایی بخار «CVD» شکل گرفت. در ادامه یک مانع بین WS2 و ITO با پوشش دادن فلزات نازک مختلف در بالای ITO و معرفی یک لایه نازک WO3 تنظیم شد.
محققان در نهایت متوجه شدند که بهره‌وری تبدیل انرژی این سلول خورشیدی با ترکیب گفته شده، تا 1000 برابر بالاتر از الکترود ITO عادی است. به گفته پژوهشگران 1 سانتی‌متر مربع سلول با شفافیت بالا (79 درصد) توانسته در آزمایش‌های تکرارشونده با واحد بهینه شده در اتصالات موازی و سری، توان کلی 420 pW را ایجاد کند.
انتظار می‌رود با تحقیقاتی مشابه مطالعات محققان ژاپنی، در آینده بتوانیم سلول‌های خورشیدی شفاف تولید کنیم تا پنجره‌ها به سلول خورشیدی تبدیل شوند و بتوانیم حجم بالایی الکتریسیته تولید کنیم.
نظرات