المصدر: nrel.gov
قام العلماء في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) باختلاق خلية شمسية بكفاءة تصل إلى 50٪ تقريبًا.
تمتلك الخلية الشمسية ذات الوصلات الستة الرقم القياسي العالمي لأعلى كفاءة تحويل شمسي عند 47.1٪ ، والتي تم قياسها تحت إضاءة مركزة. كما حدد تباين في الخلية نفسها سجل الكفاءة تحت إضاءة الشمس الواحدة عند 39.2٪.
قال جون جيز ، وهو عالم رئيسي في مجموعة الخلايا الكهروضوئية البلورية عالية الكفاءة في NREL والمؤلف الرئيسي لورقة جديدة عن الخلية التي سجلت رقمًا قياسيًا: "يوضح هذا الجهاز حقًا الإمكانات غير العادية للخلايا الشمسية متعددة الوصلات".
تظهر الورقة " خلايا شمسية سداسية الوصلات III-V بكفاءة تحويل تبلغ 47.1٪ تحت تركيز 143 شمس " في مجلة Nature Energy. المؤلفون المشاركون لـ Geisz هم علماء NREL Ryan France و Kevin Schulte و Myles Steiner و Andrew Norman و Harvey Guthrey و Matthew Young و Tao Song و Thomas Moriarty.
لبناء الجهاز ، اعتمد باحثو NREL على مواد III-V - سميت بسبب موقعها على الجدول الدوري - التي لديها مجموعة واسعة من خصائص امتصاص الضوء. تم تصميم كل من تقاطعات الخلية الست (الطبقات النشطة ضوئيًا) خصيصًا لالتقاط الضوء من جزء معين من الطيف الشمسي. يحتوي الجهاز على حوالي 140 طبقة إجمالية من مواد III-V المختلفة لدعم أداء هذه الوصلات ، ومع ذلك فهو أضيق بثلاث مرات من شعر الإنسان. نظرًا لطبيعتها عالية الكفاءة والتكلفة المرتبطة بصنعها ، غالبًا ما تُستخدم الخلايا الشمسية من III-V لتشغيل الأقمار الصناعية ، والتي تُقدر أداء III-V الذي لا مثيل له.
ومع ذلك ، على الأرض ، فإن الخلية الشمسية ذات الوصلات الست مناسبة تمامًا للاستخدام في الخلايا الكهروضوئية المركزة ، كما قال ريان فرانس ، المؤلف المشارك وعالم في مجموعة III-V Multijunctions Group في NREL.
قال: "إحدى الطرق لتقليل التكلفة هي تقليل المساحة المطلوبة ، ويمكنك القيام بذلك باستخدام مرآة لالتقاط الضوء وتركيز الضوء إلى نقطة معينة. ثم يمكنك التخلص من مائة أو حتى الألف من المادة ، مقارنة بخلايا السليكون ذات اللوحة المسطحة. يمكنك استخدام مواد شبه موصلة أقل بكثير عن طريق تركيز الضوء. ميزة إضافية هي أن الكفاءة تزداد كلما ركزت الضوء. "
وصفت فرنسا احتمال تجاوز كفاءة الخلايا الشمسية بنسبة 50٪ بأنها "قابلة للتحقيق في الواقع" ولكن لا يمكن الوصول إلى الكفاءة بنسبة 100٪ بسبب الحدود الأساسية التي تفرضها الديناميكا الحرارية.
قال Geisz أن العقبة الرئيسية التي تواجه البحث حاليًا لتجاوز كفاءة 50٪ هي تقليل الحواجز المقاومة داخل الخلية التي تعيق تدفق التيار. وفي الوقت نفسه ، يشير إلى أن NREL تشارك أيضًا بشكل كبير في تقليل تكلفة الخلايا الشمسية III-V ، مما يتيح أسواقًا جديدة لهذه الأجهزة عالية الكفاءة. مولت وزارة تكنولوجيات الطاقة الشمسية التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية البحث.
NREL هو المختبر الوطني الأساسي لوزارة الطاقة الأمريكية للبحث والتطوير في مجال الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة. يتم تشغيل NREL لقسم الطاقة من قبل التحالف من أجل الطاقة المستدامة ، ذ.
