کارآمدترین سلول خورشیدی جهان با راندمان بالا ساخته شد

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، پیش از این در سال ۲۰۲۵، شرکت چینی تولیدکننده پنل‌های خورشیدی، لونگی، اعلام کرده بود که کارآمدترین سلول خورشیدی جهان را ساخته است. این سلول هیبریدی با اتصال پشتی به هم پیوسته (HIBC) به راندمان ۲۷.۸۱ درصد دست یافت که توسط موسسه تحقیقات انرژی خورشیدی هاملین آلمان (ISFH) تأیید شد.

اکنون، در مقاله‌ای که در مجله نیچر منتشر شده است، محققان جزئیات فنی این دستاورد خود را به اشتراک می‌گذارند.

برای اینکه فناوری خورشیدی به وعده خود عمل کند، سلول‌ها و پنل‌های خورشیدی باید تا حد امکان نور خورشید را به انرژی تبدیل کنند. معمولاً سلول‌های استاندارد تا ۲۶ ٪ راندمان دارند، یعنی ۲۶ ٪ از نور خورشیدی که به آنها برخورد می‌کند را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.

این تحقیق جدید، فناوری را به آنچه فیزیک اجازه می‌دهد نزدیک‌تر می‌کند. برای یک سلول سیلیکونی تک اتصالی، حد بالایی کمی کمتر از ۳۰ ٪ است، در حالی که سقف نظری، که به عنوان حد شاکلی-کویسر شناخته می‌شود، ۳۳.۷ ٪ است.

چالش کلیدی

محققان توانستند بر یکی از بزرگترین موانع در بهبود راندمان سلول‌های خورشیدی، که به عنوان ضریب پر شدن (FF) شناخته می‌شود، غلبه کنند. این امتیاز عملکرد یک سلول خورشیدی است که نشان می‌دهد چه مقدار از توانی که از نظر تئوری می‌تواند تولید کند، به برق قابل استفاده تبدیل می‌شود.

ضریب تبدیل بالا (FF) به این معنی است که برق به طور روان و کارآمد جریان می‌یابد، در حالی که ضریب تبدیل پایین به این معنی است که برق در داخل از دست می‌رود. این امر عمدتاً به این دلیل است که ذرات حامل برق با مقاومت زیادی در سیم‌کشی مواجه می‌شوند یا به یکدیگر برخورد می‌کنند (فرآیندی به نام نوترکیبی).

نوآوری‌های سلول‌های خورشیدی

راه‌حل محققان برای FF پایین، یک سلول هیبریدی بود که با دو نوآوری اصلی ساخته شده بود. اولین نوآوری، طراحی جدیدی برای کنتاکت‌های پشتی، ترمینال‌های الکتریکی که جریان را از سلول جمع‌آوری می‌کنند، بود. این تیم از لیزر برای کریستالی کردن ماده کنتاکت استفاده کرد که باعث ایجاد مسیر‌های سریع و رسانا برای برق، کاهش مقاومت و بهبود ضریب پر شدن شد.

نوآوری دوم استفاده از یک عملیات سطحی پیشرفته و فناوری جدیدی به نام iPET (فناوری لبه غیرفعال درجا) بود که با سرکوب نوترکیبی، سلول را پایدارتر و کارآمدتر کرد. این شامل لبه‌هایی نیز می‌شد که برق به راحتی از آنها هدر می‌رود.

این سلول جدید به طور مستقل توسط ISFH آلمان تحت شرایط آزمایشگاهی دقیق آزمایش و تأیید شد. نتیجه، راندمان انرژی ۲۷.۸۱٪ و ضریب پرشدگی ۸۷.۵۵٪ بود.

محققان در مقاله خود اظهار داشتند: «این نوآوری‌ها، پیشرفت‌های تجربی و نظری را به سمت فتوولتائیک‌های سیلیکونی مقیاس‌پذیر و با راندمان بالا فراهم می‌کنند.»

گام‌های بعدی دانشمندان Longi بهبود اتصالات الکتریکی سلول برای کاهش بیشتر مقاومت و بهینه‌سازی فرآیند لیزر است تا این تکنیک برای تولید انبوه مقیاس‌پذیر باشد.