کشف علت افت توان پنل‌های خورشیدی پس از ۴۰ سال

پنل‌‌های خورشیدی فناوری بسیاری مهمی در عرصه‌‌ی منابع انرژی آینده به‌‌شمار می‌‌آیند؛ اما همواره یک نقص آزاردهنده درمورد آن‌‌ها وجود داشته است: بازدهی کم. حال بعد از گذشت ۴۰ سال به‌‌نظر می‌‌رسد دانشمندان علت یکی از موانع اسرارآمیز موجود بر سر راه افزایش بازدهی این محصولات را یافته‌‌اند.

مطالعه‌‌ای که به‌‌تازگی انجام شده، یک نقص ساختاری را در سیلیکون مورداستفاده در تولید سلول‌‌های خورشیدی کشف کرده است که پیش از این، دانشمندان اطلاعی از آن اطلاعی نداشتند. این نقیصه می‌‌تواند مسئول افت دو درصدی بازدهی در سلول خورشیدی طی اولین ساعات قرارگیری در معرض نور خورشید باشد؛ عاملی که با نام افت عملکرد ناشی از نور (LID) شناخته می‌‌شود.

در نگاه اول، این میزان افت ۲ درصدی ممکن است چندان زیاد به نظر نرسد، اما اگر حجم بالای سیستم‌‌های نصب‌‌شده در کل جهان را درنظر بگیریم، همین افت ناچیز به‌معنای اتلاف چندین گیگاووات انرژی خواهد بود؛ افتی که نهایتا باید ازطریق سوزاندن منابع غیرتجدیدپذیری نظیر نفت و گاز جبران شود.

درحقیقت باید گفت همین انرژی ازدست‌‌رفته ناشی‌‌از افت توان اندک درنیروگاه‌‌های فتوولتائیک سراسر جهان حتی از مجموع انرژی تولیدشده در ۱۵ واحد نیروگاه هسته‌‌ای درحال کار در بریتانیا نیز بیشتر است. این کشف جدید می‌‌تواند به دانشمندان کمک کند چاره‌‌ای برای این نقیصه بیندیشند. تونی پیکر از دانشگاه منچستر در انگلستان می‌‌گوید:

بنابر دلایل زیست‌‌محیطی و اقتصادی، افت بازدهی پنل‌‌های خورشیدی، موضوع بسیاری از پژوهش‌هایعلمی و مهندسی در طول ۴ دهه‌‌ی اخیر بوده است. بااین‌حال، با وجود تمرکز درخورتوجه دانشمندان این صنعت، این مسئله تابه‌‌امروز دربرابر کشف راه‌‌حل مقاومت نشان داده بود. برای یافتن آنچه که ۲۷۰ مقاله‌‌ی پژوهشی پیشین هرگز تولنسته بودند پاسخی برای آن بیابند، مطالعه‌‌ی اخیر تکنیک نوری خاصی را با نام «اسپکتروسکوپی گذرای لایه عمیق» (DLTS) به‌‌کار گرفت تا ضعف موجود در سیلیکون را شناسایی کند.

نتیجه‌‌ی حاصل از مطالعه چنین است: هم‌زمان با تغییر بار الکتریکی درون سلول‌‌های خورشیدی در اثر نور خورشید، جریان حرکت الکترون‌‌ها با یک تله مواجه می‌شود و این به‌‌نوبه‌‌ی خود باعث کاهش توان الکتریکی قابل‌تولید می‌‌شود. همچنین پژوهشگران دریافتند که این اثر تا زمانی‌که پنل درمعرض حرارت قرار نگیرد، پنهان خواهد ماند.لیم کرو از دانشگاه منچستر می‌‌گوید:

ما وجود این نقیصه را به اثبات رساندیم، حالا تنها به یک راه‌‌حل مهندسی برای رفع آن نیاز داریم.

پژوهشگران متوجه شدند که سیلیکون‌‌های باکیفیت‌‌تر از حامل‌‌های بار الکتریکی (یعنی الکترون‌‌های حامل انرژی فوتون‌‌ها) از طول عمر بیشتری برخوردار هستند. این موضوع خود مؤید این مطلب است که تله‌‌های یادشده خود با افت بازدهی در ارتباط هستند. نکته‌‌ی جالب‌‌تر اینکه گویا حرارت‌‌دادن به سیلیکون در تاریکی (با هدف ازبین‌‌بردن حفره‌‌ها در سیلیکون)، می‌‌تواند روند افت توان در سلول را معکوس کند.

هم‌زمان با موفقیت‌‌های تازه‌‌ در آزمایشگاه‌‌ها، فعالیت‌‌ها درزمینه‌‌ی افزایش بازدهی پنل‌‌های خورشیدی همچنان ادامه دارد. دراین میان، الگوبرداری از طبیعت نیز می‌‌تواند رهنمودهای خوبی برای تسریع این جریان در پی داشته باشد. حال که معمای افت عملکرد بر اثر نور حل شده است، زمان آن رسیده که مزارع خورشیدی در جهان نیز از دستاوردهای این پیشرفت بهره‌‌مند شوند. پیکر می‌‌افزاید:

افت دو درصدی در بازدهی ممکن است معضل چندان مهمی به نظر نرسد؛ اما وقتی این واقعیت را درنظر آوریم که این پنل‌‌های خورشیدی امروزه چه درصد درخورتوجه و روبه‌‌رشدی از انرژی موردنیاز جهان را تأمین می‌‌کنند، خواهیم دید که با چه تلفات بزرگی در ظرفیت تولید برق جهان مواجه هستیم.