چاپ

شعله کاظمي فرد مجري طرح، سلول‌هاي خورشيدي را دستگاهي توصيف کرد که با تکيه بر پديده فتوولتائيک انرژي تابشي خورشيد را به انرژي الکتريکي تبديل مي‌کند و گفت: نسل‌هاي مختلفي از سلول‌هاي خورشيدي توليد شده‌اند که هر گروه داراي مزايا و معايبي در معماري، مکانيسم عملکرد، مواد بکار برده شده و روش‌هاي ساخت هستند.

وي با تاکيد بر اينکه سلول‌هاي خورشيدي سيليکوني بر بازار فتوولتائيک جهان حکمفرمايي مي‌کنند، اظهار کرد: امروزه به مقادير بازده تبديل انرژي تا بيش از 28 درصد رسيده است ولي مشکل اساسي اين نوع از سلول‌هاي فتوولتائيک نياز به سيليکون خالص و همچنين فرآيندهاي دماي بالا براي خلوص آن است از اين رو ساخت آن با هزينه‌هاي سنگين همراه است.

کاظمي فرد هدر رفت بيشترين مقدار فوتون‌هاي پر انرژي در انتهاي طول موج آبي و بنفش به صورت حرارت را از ديگر مشکلات سلول‌هاي خورشيدي سيليکوني ذکر کرد و ادامه داد: از اين رو تلاش‌هاي بسياري درجهت بهبود انواع سيستم‌هاي فتوولتائيک در دستيابي به بازده بالاتر سلول خورشيدي، طول عمر بيشتر، يافتن مواد متناسب با محيط زيست در طراحي و ساخت اين سيستم‌ها، طراحي ارزان‌تر و فرآيندهاي ساخت آسان‌تر صورت گرفته است.

مجري طرح با تاکيد بر اينکه پليمرهاي مزدوج که جزو ترکيبات نيمه‌ هادي دسته بندي مي‌شوند، مواد اميدبخشي براي ساخت سلول‌هاي خورشيدي آلي محسوب مي‌شوند، خاطر نشان کرد: با توجه به اينکه طراحي سلول‌هاي خورشيدي پليمري بر پايه پليمرهاي‌هادي، نياز به حجم بسيار اندکي از محلول‌هاي پليمري براي توليد لايه فعال با ضخامت در مقياس چند ده نانومتر دارند، کاربرد اين ترکيبات باعث کاهش چشمگير هزينه ساخت سلول‌هاي خورشيدي خواهد شد ضمن آنکه بکارگيري اين پليمرها امکان طراحي دستگاه‌هاي خورشيدي انعطاف پذير و سبک را براي کاربردهاي متنوع فراهم مي‌آورند.

وي با اشاره به اجراي پروژه تحقيقاتي در اين زمينه يادآور شد: در اين مطالعات ترکيبات لايه فعال در اين سلول‌ها با استفاده از تکنيک‌هاي لايه نشاني ساده و ارزان قيمتي مانند لايه نشاني چرخشي و روش لايه نشاني تيغه‌اي، برروي سابستريت‌هاي متنوع و موردنظر در دماي اتاق انجام گرفت.

به گفته اين محقق استفاده از روش‌هاي لايه نشاني جوهر افشاني و حتي فرآيند غلتکي نيز براي ساخت دستگاه‌هاي فتوولتائيک آلي در مقياس صنعتي استفاده مي‎گردند که منجر به کاهش هزينه‌هاي ساخت مي‎شود.

کاظمي فرد، با بيان اينکه سلول خورشيدي پليمري توليد شده از چينش لايه‎هاي مختلف برروي هم توليد شدند، توضيح داد: لايه‌هاي مختلف سلول‌هاي توليد شده شامل الکترود آند با تابع کار بالا، لايه انتقال دهنده حفره که از عبور الکترون‌ها به سمت الکترود آند جلوگيري مي‌کند، لايه فعال، لايه انتقال دهنده الکترون که از انتقال حفرات به سمت الکترود کاتد ممانعت به عمل مي‌ورد و در انتها الکترود کاتد با تابع کار پايين، مي‌شود.

مجري طرح اضافه کرد: لايه فعال بين الکترود کاتد و آند ساندويچ شده است و اختلاف در تابع کار دو الکترود منجر به توليد جريان الکتريکي در سلول خواهد شد.

وي در عين حال شامل بازدهي کم و طول عمر پايين را از جمله محدوديت‌هاي جاري سلول‌هاي خورشيدي پليمري دانست و اظهار کرد: به منظور برطرف کردن اين مشکلات در اين پروژه دو راهکار اساسي «افزايش دامنه طول موج‌هاي قابل جذب از تابش خورشيد توسط لايه فعال پليمري» و «تسهيل امکان انتقال اکسايتون‌ها در لايه فعال از طريق تغيير در مورفولوژي لايه فعال و ترکيب درصد و نوع ترکيبات موجود در لايه فعال» پيشنهاد شد.

اين محقق دانشگاه صنعتي اميرکبير يادآور شد: از اين رو در اين پروژه تلاش در جهت دستيابي به مقادير بالاتر بازده به واسطه تغيير در معماري سلول خورشيدي و تغيير در مواد لايه فعال صورت گرفت.

وي با تاکيد بر اينکه در اين پژوهش، از رنگدانه‌هاي آلي، بعنوان يک جزء فعال نوري، در بخش‌هاي مختلف سلول خورشيدي پليمري استفاده شد، گفت: تاکنون در پژوهش‌هاي انجام گرفته در دنيا کاربرد رنگدانه آلي ليزري در سلول خورشيدي پليمري صورت نگرفته است.

کاظمي فرد ادامه داد: در اين پروژه از رنگدانه آلي بکار رفته در سلول خورشيدي پليمري با هدف جذب طول موج‌هاي بيشتري از فوتون تابشي خورشيد در محدوده‌هاي 200 تا 400 نانومتر و همچنين 400 تا 700 نانومتر استفاده شد.

به گفته مجري طرح کاربرد رنگدانه آلي مي‌تواند منجر به تشديد توليد الکترون حفره شود و تسهيل انتقالات بار الکتريکي در ساختار سلول خورشيدي را موجب شود.

وي خاطر نشان کرد: خصلت فلوئورسانسي رنگدانه آلي بکار برده شده، در بازجذب تابش رنگدانه توسط پليمرهادي موجود در لايه فعال سيستم فتوولتائيک طراحي شده مؤثر است که منجر به بروز پديده فورستر در مکانيسم انتقال بار در سلول خورشيدي پليمري مي‌شود که به لحاظ تئوري و عملي يک دستاورد پژوهشي ارزشمند است.

مجري طرح با بيان اينکه انتخاب رنگدانه به گونه‌اي بوده است رنگدانه يا پليمرهادي الکترون دهنده بتوانند الکترون‌هاي خود را به ترکيبات فعال در سلول خورشيدي منتقل کنند، افزود: نتايج به دست آمده نشان داد که کاربرد رنگدانه آلي منجر به بهبود بازده تبديل انرژي، جريان اتصال کوتاه و ولتاژ مدار باز سلول خورشيدي طراحي شده به ترتيب تا 70، 56.7 و 32 درصد درمقايسه با نمونه فاقد رنگدانه شده است.

وي با تاکيد بر اينکه بهينه سازي تک تک لايه‌ها در ساختار سلول خورشيدي پليمري مي‌تواند بطور مستقيم در ارتقاي عملکرد سلول خورشيدي مؤثر باشد، اضافه کرد: به همين منظور بهبود شرايط لايه نشاني لايه انتقال دهنده حفره با استفاده از ترکيب پليمري PEDOT:PSS، به همراه روش‌هايي که منجر به افزايش رسانايي الکتريکي اين لايه مي‌شود انجام پذيرفت. اين بهبود شرايط توانست بازده تبديل انرژي الکتريکي را تقريبا تا 2 برابر مقدار اوليه افزايش دهد.

اين محقق با بيان اينکه در اين مطالعات طراحي و ساخت سلول خورشيدي با استفاده از دو شکل ساختاري مختلف ازکاتد برپايه آلومينيم نيز بررسي شد، يادآور شد: شکل و ساختار کاتد مي‌تواند نقش مؤثري در بهينه سازي رفتار سلول خورشيدي داشته باشد.

وي خاطر نشان کرد: بنابراين ساخت سلول خورشيدي با استفاده از رنگدانه آلي و بهينه سازي ساختار کاتد و لايه انتقال دهنده حفره، در مجموع منجر به ارتقاي عملکرد سلول خورشيدي جديد تا 7.5 برابر در مقايسه با سلول خورشيدي فاقد رنگدانه و بدون بهينه سازي لايه انتقال دهنده حفره و کاتد خواهد شد.