بعد 40 عامًا من البحث ، حدد العلماء عيبًا رئيسيًا في كفاءة الألواح الشمسية

(جنسون / iStock)

الألواح الشمسية هي قطع تقنية رائعة ، لكننا بحاجة إلى معرفة كيفية جعلها متساويةأكثر فعالية- وفي العام الماضي ، حل العلماء لغزًا عمره 40 عامًا حول إحدى العقبات الرئيسية لزيادة الكفاءة.

حددت دراسة عام 2019 عيبًا ماديًا في السيليكون يستخدم لإنتاج الخلايا الشمسية التي لم يتم اكتشافها من قبل. يمكن أن يكون مسؤولاً عن انخفاض الكفاءة بنسبة 2 في المائة الذي يمكن أن تراه الخلايا الشمسية في الساعات الأولى من الاستخدام: التحلل الناجم عن الضوء (LID).

مضروبًا في العدد المتزايد من الألواح المثبتة في مزارع الطاقة الشمسية حول العالم ، فإن هذا الانخفاض يساوي تكلفة كبيرة بالغيغاوات يتعين على مصادر الطاقة غير المتجددة تعويضها.

في الواقع ، يُقدر أن الخسارة المقدرة في الكفاءة في جميع أنحاء العالم من LID تعادل طاقة أكثر مما يمكن أن تولده محطات الطاقة النووية الخمسة عشر في المملكة المتحدة. يمكن أن يساعد الاكتشاف الجديد العلماء في تعويض بعض هذا النقص.

نظرًا للتأثير البيئي والمالي ، كان 'تدهور كفاءة' الألواح الشمسية موضوع اهتمام علمي وهندسي كبير في العقود الأربعة الماضية ، ' قال أحد الباحثين ، توني بيكر من جامعة مانشستر في المملكة المتحدة ، في يونيو 2019.

'ومع ذلك ، على الرغم من أن بعض أفضل العقول في العمل تعمل على حل المشكلة ، فقد قاومت المشكلة بثبات حتى الآن'.

للعثور على ما كانت 270 ورقة بحثية على مدى أربعة عقود غير قادرة على تحديده سابقًا ، استخدمت الدراسة الأخيرة تقنية كهربائية وبصرية تسمى التحليل الطيفي العابر عميق المستوى (DLTS) للعثور على نقاط الضعف في السيليكون.

إليك ما وجده تحليل DLTS: عندما تتحول الشحنة الإلكترونية في الخلايا الشمسية من ضوء الشمس ، يتم احتجاز تدفق الإلكترونات ؛ وهذا بدوره يقلل من مستوى الطاقة الكهربائية التي يمكن إنتاجها.

وجد الفريق أن هذا العيب يظل كامنًا حتى يتم تسخين اللوح الشمسي.

'لقد أثبتنا وجود العيب ، وهو الآن إصلاح هندسي مطلوب' قال أحد الباحثين ، إيان كرو من جامعة مانشستر.

وجد الباحثون أيضًا أن السيليكون عالي الجودة يحتوي على حاملات شحنة (إلكترونات تحمل طاقة الفوتون) مع 'عمر' أطول ، مما يدعم فكرة أن هذه المصائد مرتبطة بتدهور الكفاءة.

علاوة على ذلك ، يبدو أن تسخين المادة في الظلام ، وهي عملية تُستخدم غالبًا لإزالة المصائد من السيليكون ، تعمل على عكس التدهور.

يستمر العمل لرفع معدلات كفاءة الألواح الشمسية ، مع استمرار حدوث اختراقاتفي المختبر، والطبيعة تقدم الكثير مننصائح الكفاءةكذلك. الآن وقد تم حل لغز التحلل الناجم عن الضوء ، يجب أن تستفيد مزارع الطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم.

قد لا يبدو الانخفاض المطلق في الكفاءة بنسبة 2 في المائة مشكلة كبيرة ، ولكن عندما تفكر في أن هذه الألواح الشمسية مسؤولة الآن عن توفير جزء كبير ومتزايد بشكل مطرد من إجمالي احتياجات الطاقة في العالم ، فهي خسارة كبيرة في توليد الكهرباء. الاهلية،' قال بيكر .

تم نشر البحث في مجلة الفيزياء التطبيقية .

نُشرت نسخة من هذه المقالة لأول مرة في يونيو 2019.

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.