فناوری جدید سلول‌های خورشیدی، جهشی بزرگ در انرژی‌های تجدیدپذیر
در سرتاسر دنیا، گروهی از شرکت‌ها بر روی تجاری‌سازی فناوری انرژی خورشیدی جدیدی کار می‌کنند که می‌تواند منجر به جهش بزرگی در تولید انرژی تجدیدپذیر شود. در آغاز امسال، Oxford PV، استارتاپی که با دانشگاه آکسفورد همکاری می‌کند، با دریافت سه میلیون دلار از دولت بریتانیا بر روی فناوری‌ای برای ساخت سلول‌های خورشیدی با استفاده از مواد جدید کار می‌کند. اوایل این هفته، در ایالات متحده شرکتی به نام Swift Solar برای روانه‌کردن تکنولوژی مشابهی به بازار هفت میلیون دلار جمع‌آوری کرده است.
تکنولوژی فتوولتاییک جدید سلول پروسکایت نام دارد که از مواد ترکیبی آلی-معدنی هالید سرب یا قلع در لایه‌های فعال جاذب انرژی نور استفاده می‌کند. ماده‌ی جاذب این سلول‌ها دارای ساختار کریستالی ABX3 به نام ساختار پروسکایت است. این ساختار از هشت‌وجهی‌های BX6 تشکیل شده‌است که کاتیون‌های بزرگ A در حفره‌های هشت‌وجهی قرار دارند.
رایج‌ترین ساختارهای پروسکایت، متیل آمونیوم سرب تری‌هالید (CH3NH3PbX3) و فرمامیدینیوم سرب تری‌هالید (H2NCHNH2PbX3) هستند؛ در این ساختارها هر یک از اتم‌های هالوژن مانند ید، برم یا کلر می‌توانند در کنار اتم سرب (یا قلع) قرار گیرند.
ساختار کریستالی پروسکایت؛ کاتیون متیل آمونیوم با هشت وجهی‌های PbX6 احاطه شده است
بعد از سال‌ها، این جدیدترین فناوری است که موفق به ارائه‌ی بازدهی بهتر در تبدیل نور به انرژی الکتریکی با هزینهی کمتر نسبت به تکنولوژی‌های موجود شده است. بازدهی این سلول‌ها از ۳.۸ درصد در سال ۲۰۰۹ تا ۲۶.۷ درصد در سال ۲۰۱۷ افزایش یافته است. به دلیل هزینهی ساخت پایین‌تر، این سلول‌ها توجه زیادی را از نظر تجاری به خود جلب کرده‌اند.
«پروسکایت این امکان را به ما داده است که نسبت به ظرفیت پنل‌های خورشیدی سیلیکونی که امروزه روی سقف‌ها دیده می‌شوند دوباره تفکر کنیم»؛ این مطلب را سام استرنکس (Sam Stranks) مشاور علمی ارشد و یکی از بنیان‌گذاران Swift Solar در یک کنفرانس TED عنوان کرده است. وی همچنین اضافه می‌کند «جنبه‌ی دیگری که واقعا مرا به وجد می‌آورد این است که تا چه اندازه این مواد قابل ساخت هستند. این فیلم‌های کریستالی نازک تنها با مخلوط کردن دو ترکیب نمکی فراوان و ارزان به وجود می‌آیند که می‌توان از آنها برای ساخت جوهری استفاده کرد که به روش‌های مختلفی قابل بهره‌برداری است… این به معنی ساخت پنل‌های خورشیدی پروسکایت به کمتر از نصف قیمت همتاهای سیلیکونی‌شان است».
در ابتدا سلول‌های خورشیدی پروسکایت که در سال ۲۰۰۹ توسط محققان ژاپنی ساخته شدند بهره‌وری پایینی داشتند و به اندازه‌ی کافی برای تولید انبوه پایدار نبودند. اما در طول ۹ سال گذشته پژوهشگران به طور پیوسته موفق شدند پایداری ترکیبات به کار‌رفته و بازدهی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی را افزایش دهند.
افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی پروسکایت بین سال‌های ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۶
شرکت Oxford PV در بریتانیا هم‌اکنون در حال کار بر روی سلول‌های خورشیدی است که می‌توانند به بازدهی تبدیل انرژی ۳۷ درصد دست پیدا کنند که بسیار بیشتر از سلول‌های خورشیدی فتوولتاییک چندکریستالی یا فیلم-نازک موجود است.
در سال‌های گذشته فرآیندهای شیمیایی جدیدی برای ساخت سلول‌ها یافت شدند، اما هزینهی آنها مانع بزرگی برای تولید تجاری‌شان بوده است؛ حتی با وجود کاهش قیمتی که سلول‌های خورشیدی در نتیجه‌ی حمایت عظیم دولت چین برای افزایش ظرفیت تولید تجربه کردند. بسیاری از آن تولیدکنندگان به تدریج از میان رفتند؛ اما آن‌هایی که نجات پیدا کردند موفق شدند با کاهش نیاز خریداران به تکنولوژی‌های جدیدتر جهت افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه، موقعیت خود را در این صنعت حفظ کنند.
این فناوری جدید با تهدیداتی هم روبرو است، اما با توجه به پیشرفت‌های چشم‌گیر در بازدهی به همراه هزینه‌های پایین موجب جذب دوباره‌ی خریداران و سرازیرشدن سرمایه‌ی سرمایه‌گذاران به فناوری‌های خورشیدی جایگزین شده است.
شرکت Oxford PV موفق به ثبت رکورد جهانی بازدهی ۲۷.۳ درصد برای سلول‌های پروسکایت شده است که ۴ درصد از بهترین پنل‌های سیلیکونی تک‌کریستالی موجود بیشتر است. کریس کِیس (Chris Case) رئیس بخش تکنولوژی Oxford PV در بیانیه‌ای اعلام کرده است که سلول‌های خورشیدی تجاری پروسکایت -سیلیکونی در خط تولید آزمایشی در حال ساخت هستند و این شرکت بهینه‌سازی تجهیزات و فرآیندهای تولید تجاری را آغاز کرده است.
نظرات