เซลล์สุริยะโลหะทรานซิชันไดคัลโคเจไนด์ที่มีประสิทธิภาพ 5.1%
นักวิทยาศาสตร์ของสแตนฟอร์ดได้ประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดทรานซิชันเมทัลไดคัลโคเจไนด์ (TMD) ซึ่งอ้างว่าสามารถเอาชนะปัญหาทั่วไปของอุปกรณ์ PV ประเภทนี้ได้ ซึ่งเรียกว่าการตรึงระดับ Fermi พวกเขาใช้หน้าสัมผัสกราฟีนเพื่อลดปรากฏการณ์นี้ และได้รับพลังบันทึกต่อน้ำหนัก 4.4 W/g
โลหะทรานซิชันไดคัลโคเจไนด์ (TMDs) เป็นวัสดุสองมิติที่มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ที่โดดเด่นและมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงสูง ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบกึ่งโปร่งแสงและแบบยืดหยุ่น ที่มีศักยภาพในการใช้งานในอวกาศ สถาปัตยกรรม ยานยนต์ไฟฟ้า และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ โดยที่น้ำหนักเบา อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักสูงและความยืดหยุ่นเป็นที่ต้องการอย่างมาก
ด้วยเหตุนี้ กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดจึงได้สร้างโซลาร์เซลล์ TMD ซึ่งอ้างว่าบรรลุอัตราส่วนพลังงานต่อน้ำหนักที่เท่าเทียมกับเทคโนโลยีฟิล์มบางที่เป็นที่ยอมรับ เช่น แคดเมียม เทลลูไรด์ (CdTe); ทองแดง อินเดียม แกลเลียม และซีลีเนียม (CIGS); ซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si); และเซลล์สุริยะ III-V
Koosha Nassiri Nazif ผู้เขียนงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกล่าวกับนิตยสาร pv ว่า "ด้วยการนำสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ใหม่และวิธีการผสานรวมมาใช้ เราได้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่สูงขึ้นกว่า 10 เท่าและพลังงานต่อน้ำหนักที่สูงขึ้นกว่า 100 เท่าต่อน้ำหนักตัวมากกว่า 100 เท่า เมื่อเทียบกับการสาธิตครั้งก่อน
เซลล์ถูกสร้างขึ้นด้วยซับสเตรตโพลีอิไมด์ (PI) บางเฉียบ น้ำหนักเบา และยืดหยุ่นได้ โดยมีความหนา 5μm หน้าสัมผัสกราฟีนเก็บรูโปร่งใสที่เจือด้วยโมลิบดีนัมไดออกไซด์ (MoO2) และตัวดูดซับทังสเตน diselenide (WSe2) หลายชั้นที่วัดได้ประมาณ 200 นาโนเมตร นอกจากนี้ กลุ่มประเทศสหรัฐอเมริกายังใช้สารเคลือบทู่และสารเคลือบป้องกันแสงสะท้อน และหน้าสัมผัสด้านล่างทองเก็บอิเล็กตรอนที่สะท้อนแสงด้วยแสง (Au)
การใช้กราฟีนคอนแทคเลนส์เป็นแกนหลักของเทคโนโลยีเซลล์ เนื่องจากช่วยลดการตรึงระดับ Fermi ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในเซลล์แสงอาทิตย์ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ TMD เมื่อมีการสร้างแผงกั้นพลังงานสำหรับอิเล็กตรอนและรูโดยการดัดแถบ ที่ส่วนต่อประสานเซมิคอนดักเตอร์ ระดับ Fermi กำหนดการแปลงพลังงานรังสีเป็นพลังงานเคมีอย่างมีประสิทธิภาพ และการตรึงระดับ Fermi มีหน้าที่จำกัดประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์ TMD ที่ดีที่สุดเหลือประมาณ 2%
ทดสอบภายใต้สภาวะการแผ่รังสีแสงอาทิตย์มาตรฐาน อุปกรณ์แสดงประสิทธิภาพ 5.1% และกำลังต่อน้ำหนักคืนที่ 4.4 W/g ซึ่งนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเปรียบเทียบกับประสิทธิภาพ 0.7% และกำลังต่อน้ำหนัก 0.04 W/g ดีที่สุด อุปกรณ์ที่มีโครงสร้างที่ยืดหยุ่นซึ่งสร้างขึ้นจากการวิจัยครั้งก่อน โดยการลดความหนาของซับสเตรต PI ลงเหลือ 1 ไมโครเมตร พวกเขายังสามารถเพิ่มพลังของเซลล์ต่อน้ำหนักเป็น 8.6 วัตต์/กรัม "จากแบบจำลองสมดุลรายละเอียดที่สมจริงซึ่งพัฒนาขึ้นสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ TMD โดยหลักการแล้ว TMD แบบหลายชั้นที่มีจุดเชื่อมต่อทางเดียวสามารถบรรลุประสิทธิภาพการแปลงพลังงานได้ประมาณ 27% โดยหลักการแล้วด้วยการออกแบบทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับการปรับปรุง" พวกเขาอธิบายเพิ่มเติม
นักวิจัยกล่าวว่าเซลล์เหล่านี้มีศักยภาพที่จะเหนือกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบออร์แกนิกและเพอร์รอฟสไกต์โดยปราศจากความท้าทายด้านความเสถียรที่เทคโนโลยีเซลล์ทั้งสองนี้มีอยู่
“ความพยายามในการวิจัยเพื่อขยายการเติบโตของ TMD ไปสู่พื้นที่ขนาดใหญ่ในไม่ช้าจะทำให้สามารถผลิตเซลล์สุริยะ TMD ได้ในราคาประหยัด คล้ายกับเซลล์สุริยะ chalcogenide อื่น ๆ เช่น CdTe และ CIGS” Nassiri Nazif กล่าวกับนิตยสาร pv “วิธีการสำหรับการผลิต TMD ที่ปรับขนาดได้และพื้นที่ขนาดใหญ่มีอยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการสาธิตใดๆ เกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์ TMD ในพื้นที่ขนาดใหญ่ (>1cm2) ที่รายงานในเอกสารนี้”
เมื่อมองไปข้างหน้า กลุ่มสแตนฟอร์ดกล่าวว่าต้องการสาธิตเซลล์แสงอาทิตย์ TMD ในพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ทำขึ้นในรูปแบบที่ปรับขนาดได้ ผลการวิจัยจะได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications เร็วๆ นี้
Source PV Magazine
  • 1
โฆษณา