تصنيع خلايا شمسية اقل سماكة واخف وزنا باستخدام جسيمات الالومنيوم النانوية
تصنيع خلايا شمسية اقل سماكة واخف وزنا باستخدام جسيمات الالومنيوم النانوية
Solar cells can be made thinner and lighter with the help of aluminum particles
مخطط يوضح خلايا السليكون الشمسية (a-Si:H ) موجودة بين طبقتين موصلتين للكهرباء من الالومنيوم و indium tin oxide (ITO). تعمل جسيمات الالومنيوم النانوية الموضحة باللون الرمادي على زيادة امتصاص الضوء.
د. حازم فلاح سكيك المركز العلمي للترجمة: تعتبر الخلايا الشمسية عنصرا تكنولوجيا للحصول على طاقة نظيفة. ولكن لسوء الحظ لا تعتبر تكنولوجيا الطاقة الشمسية منافسة من الناحية الاقتصادية وتكلفة انتاج الخلايا الشمسية مرتفع جدا ويجب ان ينخفض. ومن احد الطرق المستخدمة للتغلب على هذه المشكلة هو تقليل كمية المواد الشبه الموصلة المكلفة جدا، ولكن افلام الخلايا الشمسية الرقيقة لها كفاءة منخفضة بالمقارنة مع كفاءة الخلايا الشمسية التقليدية.
الباحثون Yuriy Akimov وWee Shing Koh من A*STAR مؤسسة High Performance Computing في سنغافورا تمكنوا من تطوير كفاءة تحويل الضوء لأفلام الخلايا الشمسية الرقيقة بواسطة ترسيب جسيمات الومنيوم نانوية على سطح الخلية.
تقوم الجسميات النانوية المعدنية بتوجيه الضوء بشكل افضل إلى الخلية الشمسية وتمنع الضوء من الهرب. في الخلايا الشمسية السميكة التقليدية فان الجسميات النانوية لها تأُثير قليل لان كل الضوء يمتص بواسطة الفيلم نفسه بسبب سماكته الكبيرة نسبيا. اما الأفلام الرقيقة فان الجسميات النانوية تصنع فرق كبير. تشتتها يزيد فترة بقاء الضوء في الفيلم مما يرفع قيمة الامتصاص الكلي لمستوى الخلايا الشمسية التقليدية. هذه الطريقة تمكنا من تقليل تكاليف انتاج الخلايا الشمسية بمرات عدة وتجعل من الخلايا الفوتوفولتية اكثر منافسة بالنسبة لأنواع مولدات الطاقة الاخرى. كما يقول الباحث Akimov.
وضح الباحثون نموذج لكفاءة امتصاص الضوء بواسطة الخلايا الشمسية لأنواع مختلفة من الجسميات النانوية بأحجام مختلفة. بالأخص المقارنة بين جسيمات نانوية من الفضة والالومنيوم. في معظم الدراسات على هذا الموضوع جسيمات الفضة كانت الافضل. فهذه لها رنين ضوئي في الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي افضل بكثير من تركيز الضوء على الخلية الشمسية. ولكن لسوء الحظ هناك مفاضلة حيث ان الرنين البصري يسبب امتصاص الضوء بواسطة الجسيمات النانوية وهذا يعني ان الخلية الشمسية ستكون كفاءتها اقل.
في حالة الفضة، فان الرنين الضوئي هو جزء اساسي في الطيف المرئي، بحيث ان امتصاص الضوء يكون كبيرا. ولكن ليس الامر نفسه في جسيمات الالومنيوم النانوية، حيث ان هذا الرنين خارج النطاق المهم من الطيف الشمسي. علاوة على ان جسيمات الألومنيوم تتحمل الاكسدة بشكل جيد وخواصها تتغير قليلا مع تغيرات في الشكل والحجم. والاكثر اهمية، خواص تشتتها اكثر صلابة بالمقارنة مع جسيمات الفضة النانوية، يقول Akimov “وجدنا جسيمات نانوية مصنوعة من الالومنيوم تقوم بأداء افضل من تلك المصنوعة من معادن اخرى لتعزيز اقتناص وحجز الضوء في افلام الخلايا الشمسية الرقيقة. ونحن نعتقد ان جسيمات الالومنيوم يمكن ان تجعل من افلام الخلايا الشمسية الرقيقة ممكنة تجاريا”.
لمزيد من المعلومات
[1] Akimov, Y.A. & Koh, W.S. Design of plasmonic nanoparticles for efficient subwavelength light trapping in thin-film solar cells. Plasmonics. Published online: 22 Oct 2010 DOI:10.1007/s11468-010-9181-4
[2] Akimov, Y A. & Koh, W.S. Resonant and nonresonant plasmonic nanoparticle enhancement for thin-film silicon solar cells. Nanotechnology 21, 235201 (2010).
الرابط الاصلي للخبر
http://www.physorg.com/news/2011-02-solar-cells-thinner-lighter-aluminum.html
تمت الترجمة بواسطة د. حازم فلاح سكيك
المركز العلمي للترجمة
