کاربرد فناوری نانو در عملکرد سلول های خورشیدی

 
در دهه‌های اخیر، فناوری نانو نقش مهمی در بهبود عملکرد سلول‌های سیلیکونی نسل اول و همچنین در معرفی نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی مبتنی بر لایه‌های نازک و نانوساختارها ایفا کرده است. انواع مختلفی از سلول‌های خورشیدی نانوساختار تاکنون معرفی شده‌اند و گروه‌های تحقیقاتی بسیاری در سراسر جهان در حال تحقیق و توسعه هستند که از جمله آنها می‌توان به پروسکایت، رنگدانه‌ها، نقاط کوانتومی، پلیمرها، مس ایندیم گالیوم سلنید (CIGS)، مس روی گوگرد قلع (SZTS) اشاره کرد. یکی از مهمترین کاربردهای نانو در سلول های خورشیدی سیلیکونی، پوشش های لایه نازک آنتی استاتیک، خود تمیز شونده و آبگریز بر پایه پلی وینیلیدین فلوراید یا ارگانوسیلان ها می باشد که برای بهبود بهره وری از طریق کاهش آلودگی سطح مفید است. با توجه به پیشرفت در این زمینه؛ به نظر می رسد که آینده تولید برق انرژی خورشیدی بدون فناوری نانو غیرقابل تصور است. در ﺣﺎل ﺣﺎﺿﺮ فناوری ﻧﺎﻧﻮ ﺑـﺎ اﯾﺠـﺎد ﺗﻐﯿﯿـﺮات در ﺗﺮکیب اتم ها، ﻧﺤـﻮة آراﯾﺶ آﻧﻬﺎ، و کل اﻧﺪازة ﻣولکول های اﯾﺠﺎد ﺷﺪه می ﺗﻮاﻧﺪ اﻧﻮاع ﺑﯿﺸـﻤﺎري از ﻣﻮاد با قابلیت های پیشرفته را ﺗﻮﻟﯿﺪ کند.

تاثیر مثبت فناوری نانو در بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی

1. افزایش جذب و به دام افتادن نور خورشید

نانوذراتی مانند نقاط کوانتومی، نانوذرات مبتنی بر طلا یا نقره و نانو الماس فلورسنت به طور گسترده برای بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شوند. ویژگی مشترک همه این نانوذرات خواص اپتیکی منحصر به فرد آنهاست. به عبارت دیگر، مشخصه اصلی آن خاصیت فلورسنت آن است. نقاط کوانتومی به دلیل خواص اپتوالکترونیکی عالی به عنوان جایگزین رنگدانه در سلول های خورشیدی معرفی شده اند.

2. ارائه ساختارهای جدید مبتنی بر فناوری نانو برای سلول های خورشیدی

ساخت سلول های خورشیدی کاملا شفاف یکی از سازه های جدید سلول های خورشیدی است. سلول های شفاف نور مرئی را عبور می دهند و در عوض ناحیه ماوراء بنفش و نزدیک به سرخ را برای تولید انرژی جذب می کنند. این ویژگی منحصر به فرد در سلول های خورشیدی شفاف، کاربردهای گسترده ای را در ساختمان ها و وسایل نقلیه ایجاد می کند.

3. استفاده از نانوسیال ها برای بهبود کارایی سیستم خورشیدی

استفاده از نانو سیال باعث خروج گرمای بیشتری از سلول های خورشیدی و افزایش کارایی و طول عمر سلول های خورشیدی می شود. علاوه بر این، نانوسیال ها نیز در سیستم های حرارتی خورشیدی استفاده می شوند.

4. استفاده از فوتوکاتالیست مبتنی بر فناوری نانو در سلول های خورشیدی

از جمله کاربردهای نانو فتوکاتالیست در سلول های خورشیدی، علاوه بر افزایش میزان جذب و هدایت آن به نور مرئی، انتقال الکترون به الکترودها را افزایش داده و تسریع می کند و در نتیجه مقاومت داخل سلول را کاهش می دهد.

5. کاربرد نانو پوشش ها

توسعه فناوری و ایجاد لایه های نانومتری که دارای ویژگی های جالب خود تمیز شوندگی و ضد انعکاس هستند، امکان افزایش تولید انرژی خورشیدی را برای حل این مشکل فراهم می کند.

6. استفاده از فناوری نانو در سیستم های خنک کننده توان

از جمله مشکلات سیستم های تولید برق خورشیدی ناپایداری و تولید نامنظم است. تولید برق در این سیستم ها به شرایط محیطی مانند شرایط آب و هوایی، دما، ساعات روشنایی روز بستگی دارد. به همین دلیل تولید پایدار و یکنواخت در این سیستم ها امکان پذیر نیست. بنابراین وجود یک وسیله ذخیره سازی مانند باتری برای حذف تغییرات در توان خروجی در زمان مصرف ضروری است. باتری های لیتیومی در بین باتری های نسل جدید توجه را به خود جلب می کنند. فناوری نانو در این زمینه بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

سلول‌های خورشیدی نانوساختار کدامند؟

– سلول‌های خورشیدی پروسکایتی
– سلول خورشیدی رنگدانه‌ای (DSSC)
– سلول خورشیدی نقاط کوانتومی
– سلول خورشیدی پلیمری
– سلولهای خورشیدی مس ایندیوم گالیوم سلناید (CIGS)
– سلول خورشیدی مس روی قلع گوگرد (SZTS)
– سلول‌های خورشیدی کادمیم تلوراید (CdTe)
– سلول خورشیدی گالیم آرسناید (GaAs)
– سلول خورشیدی سیلیکون آمورف

جان کلام

نانوتکنولوژی می تواند در استحصال انرژی خورشیدی بسیار موثر باشد. با استفاده از این فناوری می توان کارایی تجهیزات را در دو حوزه تولید برق و حرارت بالا برد. نانوتکنولوژی از چند جهت بر عملکرد سلول های خورشیدی تأثیر مثبت دارد که به تعدادی از آن ها در متن بالا اشاره شد. با استفاده از فناوری نانو می توان حامل های بار در سلول های خورشیدی را به روش های مختلف افزایش داد، نور بیشتری به دست آورد و یا به طور خاص بازده سلول ها را بهبود بخشید.

اﻣﺮوزه اکثر ﺳﻠﻮل ﻫﺎي ﺧﻮرﺷﯿﺪي ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده در دﻧﯿﺎ از ﻧﻮع ﺳﯿلیکونی می ﺑﺎﺷﻨﺪ. ﻫﺰﯾﻨﻪ ﻫﺎي ﺑﺎﻻي ﻣﻮاد ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده و ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎي ﺳﺎﺧﺖ اﯾﻦ ﺳﻠﻮل ﻫﺎ، اﺳﺘﻔﺎدة وﺳﯿﻊ از اﯾﻦ ﻧﻮع ﺳﻠﻮل ﻫﺎ را ﻏﯿﺮ اﻗﺘﺼﺎدي ﺳﺎﺧﺘﻪ اﺳﺖ. ﻫﻢ چنین اﻧﺘﻈﺎر می رود ﺗﺄﻣﯿﻦ ﻣﻨﺒﻊ ﺷﻤﺶ ﻫﺎي سیلیکون در آﯾﻨﺪه اي ﻧﺰدﯾک کاﻫﺶ ﯾﺎﺑﺪ که ﺑﻪ اﻓﺰاﯾﺶ ﻗﯿﻤﺖ ﻫﺎ ﺑﺮاي کشور ﻫﺎي واﺑﺴﺘﻪ ﻣﻨﺠﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ. در چنین شرایطی ﺳﻠﻮل های  ﺧﻮرﺷﯿﺪي که از ﻣﻬﻤﺘﺮﯾﻦ ﻋﻮاﻣﻞ اﯾﺠﺎد کننده یک ﺳﯿﺴﺘﻢ پاﯾﺪار اﻧﺮژي در ﺑﻠﻨﺪ ﻣﺪت می ﺑﺎﺷﻨﺪ ﺑﺎز ﻫﻢاز ﻧﻈﺮ اﻗﺘﺼﺎدي ﻗﺎدر ﺑﻪ رﻗﺎﺑﺖ ﺑﺎ ﺳﻮﺧﺘﻬﺎي فسیلی ﻧﺨﻮاﻫﻨﺪ ﺑﻮد. شرکت های بزرگ در کشور های پیشرفته ﺑﺎ ﺳﺮﻣﺎﯾﻪ گذاری های هنگفت در ﺗﻼش ﻫﺴﺘﻨﺪ ﺗﺎ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻓﻦ آوري ﻧﺎﻧﻮﻧﺴﻞ ﺟﺪﯾﺪي از ﺳﻠﻮﻟﻬﺎي ﺧﻮرﺷﯿﺪي را ﺑﺎ کارایی  ﺑﺎﻻﺗﺮ و ﻫﺰﯾﻨﻪﻫﺎي کمتر ﺑﻪ ﺗﻮﻟﯿﺪ اﻧﺒﻮه ﺑﺮﺳﺎﻧﻨﺪ.

ﺧﻮﺷﺒﺨﺘﺎﻧﻪ ﺗﻌﺪاد ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮجهی از ﻣﺤﻘﻘﯿﻦ ارزﺷﻤﻨﺪ و ﺷﺮکتها و ﻣﺮاکز ﺗﺤﻘﯿﻘﺎتی کشورمان ﻧﯿﺰ در ﺣﺪ ﺗﻮان و امکانات ﺧﻮد ﺑﻪ ﺗﻼش های ﻣﺸﺎبهی در ﺣﺪ ﻣﺮزﻫﺎي داﻧﺶ پرداﺧﺘﻪ اﻧﺪ که در ﺻﻮرت ﻣﻮﻓﻘﯿﺖ، ﺛﻤﺮات اﻗﺘﺼﺎدي عظیمی را ﺑﺮاي کشور ﻋﺰﯾﺰﻣﺎن ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه ﺧﻮاﻫﺪ داﺷﺖ.