انرژی خورشید را آزاد کن

محبوبه عمیدی: انرژی نهفته در آفتاب سوزان مناطق استوایی به‌هیچ وجه قابل‌قیاس با نور نیمه‌جان خورشید در عرض‌های جغرافیایی بالاتر نیست. اما متخصصان شرکت انگلیسی Quantasol می‌گویند، برای استفاده بهینه از این شرایط متفاوت، سلول‌های خورشیدی را باید مطابق با شرایط جوی مناطق مختلف طراحی کرد.

به گزارش نیوساینتیست، این شرکت، ایده طراحی پیل‌های خورشیدی جدیدی را مطرح کرده که می‌توانند با شدت نور خورشید در عرض‌های متفاوت جغرافیایی سازگاری بیابند و رکورد جذب نور را در صنعت پیل‌های خورشیدی پس از 21 سال بشکنند.

سلول‌های خورشیدی رایج از جنس سیلیکون است که ارزانی و دردسترس بودن، از عوامل گسترش استفاده از آنهاست. اما پیل‌های خورشیدی جدید که از نیمه‌رساناهایی مانند آرسنید‌گالیم (GaAs) استفاده می‌کنند، به مراتب توان بهتری در تبدیل نور به انرژی الکتریکی دارند. به نظر می‌آید سلول‌های خورشیدی آرسنید‌گالیوم که برای اولین‌بار در فضا استفاده شدند، در حال حاضر استفاده جدیدی روی زمین پیدا کرده‌اند.

اما شرایط یکنواختی که برای نور در فضا حاکم است، روی زمین صدق نمی‌کند. جو زمین مانند فیلتری در برابر نور عمل می‌کند و به همین دلیل نوری که به زمین می‌رسد، از مکانی به مکان دیگر با تغییر شرایط آب و هوایی متفاوت خواهد بود.

سازگاری با بسامد غالب

شرکت کوانتاسل، به تازگی سلولهای خورشیدی از جنس آرسنید گالیوم طراحی کرده که می‌توانند با شرایط غالب نوری هر منطقه سازگار شوند و این به معنی بیشترین بهره‌برداری از این سلول‌ها در هر عرض‌جغرافیایی است.

برای انجام این کار، شرکت کوانتاسل لایهای چند نانومتری از ایندیوم‌گالیم‌آرسنید را به سطح سلول‌های خورشیدی از جنس آرسنید‌گالیوم اضافه کرد. این لایه‌های چند نانومتری که چاه‌های کوانتومی نامیده می‌شود، مانند دیگر قسمت‌های سلول‌های خورشیدی قادر به جذب نور و تبدیل آن به جریان الکتریکی است، با این تفاوت که آنها صرفا بسامدهای بسیار محدودی از نور خورشید را جذب می‌کنند.

این چاههای کوانتومی می‌توانند درصد بالایی از بسامدهای غالب در یک عرض جغرافیایی را که سلول‌های آرسنید‌گالیوم توانایی جذب موفق آنها را ندارند، به خوبی جذب کنند. این رویه تازه می‌تواند در طول زمان، انرژی خورشیدی بیشتری را نسبت به پیل‌های فعلی جذب و تبدیل کند.

ابعاد کوچک‌تر، بازدهی بالاتر
پس از آن‌که چاههای کوانتومی با شرایط جوی وفق پیدا کردند، سلول خورشیدی آرسنید‌گالیوم بیش از پیل‌های خورشیدی فعلی پرتوهای نور را جذب خواهد کرد. به تأیید مؤسسه انرژی خورشیدی فرونهوفر در آلمان، حداکثر بازده پیل‌های جدید، زمانی که در معرض پرتوی پانصد بار قوی‌تر از نور معمولی قرار می‌گیرند، 3/28 درصد است. هرچند این مقدار تنها یک‌دهم درصد بالاتر از رکورد قبلی جذب انرژی خورشیدی است، اما این اولین گام مثبت در این صنعت پس از 21 سال به‌شمار می‌رود.
سلولهای خورشیدی سیلیکونی با این‌که بسیار ارزانتر از سلول‌های آرسنید‌گالیوم هستند، اما بازدهی‌شان حدود 10 تا 12 درصد است و نسبت به سلول‌های آرسنید‌گالیوم ابعاد بسیار بزرگ‌تری دارند. علاوه بر این، سلول‌های ساخت شرکت کوانتاسل بدون این‌که دچار اضافه بار شوند، از پس جذب نور شدید خورشید هم بر‌می‌آیند. به‌همین دلیل این پیل‌های خورشیدی بسیار‌کوچک می‌توانند نور گردآوری‌شده توسط سیستمی از عدسی‌های ارزان‌قیمت و آیینه‌ها را به خوبی جذب کند.

شرکت کوانتاسل، این سلول‌های خورشیدی جدید را هفته گذشته در نمایشگاه تابستانی علوم لندن به نمایش گذاشت. کوین آرتور، مدیر عامل کوانتاسل می‌گوید: «نکته‌ای مهم‌تر از بازده بالاتر در مورد این سلول‌های جدید وجود دارد. این سلول‌ها می‌توانند انرژی الکتریکی بیشتری را در طول زمان نسبت به نمونه‌های قبلی تولید کنند. بازار مصرف هم تنها به دنبال بازده بالاتر نیست، سازگاری سلول‌ها با محیط زیست نیز بسیار‌حائز اهمیت است. در گذشته ما عملکرد سلول‌های خورشیدی را برمبنای هر وات چند دلار محاسبه می‌کردیم؛ در حالی‌که امروز این‌که هر کیلوواتساعت انرژی چند سنت برای ما هزینه بر‌می‌دارد، بسیار مهم است».