سلول‌های خورشیدی دو بعدی می‌توانند اکتشافات فضایی را متحول کنند

تیمی از محققان نوع جدیدی از سلول‌های خورشیدی نازک را توسعه داده‌اند که نسبت به سلول‌های خورشیدی دی کالکوژنید دو بعدی، بازدهی دوبرابری دارند. این ماده جدید در صورتی که به تولید برسد می‌تواند به عنوان سلول‌های خورشیدی در ماهواره‌ها و فضاپیماها بکار رود.

وقتی نوبت تامین انرژی برای اکتشافات و اقامتگاه‌های فضایی می‌رسد، سلول‌های خورشیدی معمول که از سیلیکون یا گالیوم آرسنید ساخته شده‌اند، برای جابه‌‎جایی با موشک، زیادی سنگین هستند. برای غلبه بر این مشکل، محققان در حال بررسی راه حل‌های سبک‌تری مانند سلول‌های خورشیدی ساخته شده از لایه‌های نازک مولیبیدن سلنید هستند. این نوع سلول‌های خورشیدی به عنوان سلول‌های خورشیدی دی کالکوژنید فلزی انتقالی دو بعدی (2D TMDC) طبقه بندی می‌شوند. در حالی که آن‌ها بازده بسیار پایین‌تری نسبت به سلول‌های خورشیدی ساخته شده از سیلیکون دارند، اما می‌توانند نسبت به وزنشان انرژی بیشتری تولید نمایند. (یعنی توان ویژه بهبود یافته).

دیپ جاریوالا (Deep Jariwala)، نویسنده ارشد این مقاله از دانشگاه پنسیلوانیا گفت:

من فکر می‌کنم مردم به تدریج متوجه کاربرد TMDC دو بعدی برای تولید انرژی خورشیدی می‌شوند؛ البته نه برای بکارگیری بر روی زمین، بلکه برای کارهایی که سیار و انعطاف‌پذیرتر هستند؛ مانند بکارگیری در فضا. وزن سلول‌های خورشیدی دوبعدی TMDC صد برابر کمتر از وزن سلول‌های خورشیدی ساخته شده از سیلیکون یا گالیوم آرسنید است و به همین دلیل این سلول‌های خورشیدی تبدیل به تکنولوژی‌هایی بسیار جذاب شده‌اند.

ضخامت بسیار کم سلول‌های خورشیدی TMDC باعث شده تا عنوان “دوبعدی” را به دست آورند. آن‌ها تخت به شمار می‌روند به این دلیل که ضخامت آن‌ها در حد چند اتم است. جاریوالا می‌گوید:

داشتن توان ویژه بالا یکی از مهمترین اهداف هر تکنولوژی تولید نور و انرژی در فضا است.

او همچنین افزود:

این سلول‌های خورشیدی نه تنها برای بکارگیری در ماهواره‌ها و فضاپیماها، بلکه اگر بخواهید انرژی خورشیدی را در مقیاس واقعی در فضا استفاده کنید اهمیت دارند. تعداد سلول‌های خورشیدی که باید به فضا ارسال شوند به قدری زیاد است که هیچ فضاپیمایی نمی‌تواند به شکل مقرون به صرفه‌ای آن‌ها را به فضا برساند. راه حل، استفاده از سلول‌های خورشیدی با دوبرابر وزن کمتر است که توان ویژه بسیار بیشتری دارند.

جاریوالا و تیمش هنوز در حال کار بر روی افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی TMDC دوبعدی هستند. زیرا پتانسیل کامل TMDC دوبعدی با تمرکز بیشتر بر روی چیزی به نام اکسیتون ها تحقق می‌یابد. این‌ها زمانی تولید می‌شوند که سلول خورشیدی نور خورشید را جذب کنند. دلیل جذب بالای نور خورشید توسط TMDC دوبعدی نیز حضور غالب اکسیتون‌هاست. الکتریسیته هنگامی توسط سلول‌های خورشیدی تولید می‌شود که اجزای اکسیتون با بار مثبت و منفی به سمت الکترودهای جداگانه‌ای می‌روند.

جاریوالا می‌گوید:

ویژگی منحصربه‌فرد این دستگاه، ساختار ابرشبکه‌ای آن است، به این معنا که یک لایه فاصله دهنده یا غیرنیمه‌هادی، لایه‌های متناوب TMDC دوبعدی را از هم جدا می‌کند. فاصله بین لایه‌ها به شما این امکان را می‌دهد که نور را بارها و بارها در ساختار سلول خورشیدی بتابانید؛ حتی وقتی که ساختار سلول خورشیدی بسیار نازک است. با توجه به اینکه بازدهی فعلی کمتر از 5 درصد است ما انتظار چنین بازدهی را از سلول‌های خورشیدی با این ضخامت کم نداشتیم. امیدوارم که در 4 تا 5 سال آینده بازدهی این سلول‌های خورشیدی به 10 درصد و بیشتر برسد.

منبع: Interestingengineering