کارایی بالای سلول‌های خورشیدی با ساخت قطعات الکتریکی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ در آینده، جوامع کربن‌زدایی شده که از دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) استفاده می‌کنند، رایج خواهند شد. اما برای رسیدن به این هدف، ابتدا باید منابع بسیار کارآمد و پایدار انرژی‌های تجدیدپذیر را درک کنیم. در این مسیر، سلول‌های خورشیدی یک گزینه امیدوارکننده در نظر گرفته می‌شوند، اما در اتصالات الکتریکی بین غیرفعال شدن سطح و رسانایی همیشه یک رابطه معکوس وجود داشته که تقویت یکی موجب تضعیف دیگری می‌شود. به تازگی محققان ژاپنی نوع جدیدی از اتصالات الکتریکی را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند بر این مشکل غلبه کند.
جدیدترین نوع سلول‌های فتوولتائیک تجاری از لایه‌های انباشته سیلیکون کریستالی (c-Si) و یک لایه بسیار نازک اکسید سیلیکون (SiOx) برای تشکیل یک اتصال الکتریکی استفاده می‌کند. SiOx به عنوان یک فیلم غیرفعال بوده که عملکرد، قابلیت اطمینان و پایداری دستگاه را بهبود می‌بخشد. اما این بدان معنا نیست که صرفاً افزایش ضخامت این لایه غیرفعال منجر به بهبود سلول‌های خورشیدی می‌شود. SiOx یک عایق الکتریکی است و بین غیرفعال شدن و رسانایی اتصالات الکتریکی در سلول‌های خورشیدی رابطه‌ای معکوس وجود دارد.
در این پروژه که نتایج آن در ACS Applied Nano Materials منتشر شده است، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ناگویا یک لایه SiOx جدید ایجاد کرده‌اند که به طور همزمان امکان منفعل شدن بالا و رسانایی بهبود یافته را ارائه می‌دهد. این سطح تماس الکتریکی جدید با نام مسیر انتقال نانوبلور در دی الکتریک‌های فوق نازک برای تقویت تماس غیرفعال کننده (NATURE contact) شناخته می‌شود که از ساختار‌های سه‌لایه تشکیل شده است. این ساختار، از لایه‌ای از نانوذرات سیلیکونی که بین دو لایه SiOx غنی از اکسیژن قرار گرفته، تشکیل شده است.
رسانایی اتصال الکتریکی در سلول‌های خورشیدی به تشکیل یک «مسیر حامل» برای انتقال بار‌های الکترونیکی بستگی دارد. شکل‌گیری این مسیر الکتریکی به یک عملیات حرارتی بالا به نام «پخت کردن یا آنیلینگ» بستگی دارد.
تحقیقات قبلی نشان داده است که اتصالات SiOx که حاوی نانوذرات سیلیکونی به عنوان یک مسیر حامل هستند، می‌تواند خواص الکتریکی خوبی را به دست آورند. فرآیند بازپخت منجر به تشکیل نانوکریستال‌های سیلیکونی بسیار کوچک در لایه غیرفعال می‌شود که تقریباً کروی شکل هستند. قطر این نانوبلور‌ها با ضخامت لایه غیرفعال مطابقت دارد. بنابراین، با کنترل شرایط بازپخت، می‌توان قطر و ضخامت بعدی لایه غیرفعال را تنظیم کرد.
این تیم تحقیقاتی اتصالات NATURE را ساختند و سپس آن‌ها را در شرایط مختلف بازپخت قرار دادند. پس از مطالعه محصول نهایی با میکروسکوپ الکترونی عبوری، آن‌ها متوجه شدند که نانوبلور‌های سیلیکونی در تماس در دمای بازپخت ۷۵۰ درجه سانتیگراد تشکیل شده است. پژوهشگران همچنین خواص الکتریکی اتصالات را بررسی کردند. آن‌ها مشاهده کردند که در مقایسه با اتصالات موجود، NATURE مقادیر اتلاف جریان و ولتاژ کمتری را تجربه می‌کنند.