یکی از معایب اصلی انرژی خورشیدی، بازده متفاوت پنل های خورشیدی است. اصطلاحات “بازده پنل خورشیدی” و “بازده سلول خورشیدی” به میزان نور خورشیدی اشاره دارد که هر فناوری فتوولتائیک می تواند آن را به انرژی قابل استفاده تبدیل کند.
به طور معمول، بازده سلول خورشیدی بسته به موقعیت مکانی، آب و هوا و سایر شرایط طبیعی و نوع سیستم انرژی خورشیدی مورد استفاده، از 15 تا 22 درصد متغیر است. با این حال، در سال های اخیر، پیشرفت های لازم در فناوری فتوولتائیک به افزایش تعداد آنها کمک کرده است.
در سال 2022، یکی از باورنکردنی ترین اکتشافات در این زمینه توسط تیمی از محققان چینی به دست آمد که اخیراً کشف کردند که لیکوپن (رنگدانه ای که گوجه فرنگی را قرمز می کند) می تواند کارایی سلول های خورشیدی پروسکایت را از 20.57 درصد به 23.62 درصد افزایش دهد.
لیکوپن یک آنتی اکسیدان است که گوجه فرنگی را قرمز می کند، اما از پوست آن در برابر اشعه ماوراء بنفش نیز محافظت می کند. هنگام استفاده از پانل های خورشیدی پروسکایت، لیکوپن می تواند آنها را از آسیب اشعه ماوراء بنفش محافظت کند و طول عمر آنها را افزایش دهد. این رنگدانه همچنین جریان الکتریکی را در صفحات خورشیدی پروسکایت بهبود می بخشد.
چگونه کارایی پنل خورشیدی را بهبود بخشیم؟
لیکوپن یک آنتی اکسیدان طبیعی است. به این ترتیب، اکسیداسیون (واکنش شیمیایی مسئول رادیکال های آزاد) را مهار می کند. رادیکال‌های آزاد یون‌ها، اتم‌ها یا مولکول‌هایی هستند که تعداد الکترون‌های یکسانی ندارند. این آنها را ناپایدار می کند و می تواند واکنش هایی را فعال کند که DNA را تغییر می دهد و باعث آسیب سلولی در موجودات زنده می شود.
لیکوپن به رادیکال های آزاد تولید شده توسط اشعه ماوراء بنفش خورشید متصل می شود و آنها را پایدارتر می کند. به این ترتیب، این رنگدانه از گوجه فرنگی و سایر میوه های قرمز در برابر اشعه ماوراء بنفش محافظت می کند و آسیب سلولی را در بافت پوست کاهش می دهد.
با دانستن این موضوع، محققان چینی این فرضیه را مطرح کردند که لیکوپن می تواند سرعت تخریب صفحات خورشیدی پروسکایت ناشی از اشعه ماوراء بنفش را کاهش دهد و دوام آنها را افزایش دهد.
پس از آزمایش‌ها، آنها دریافتند که لیکوپن مرزهای دانه‌ها (رابط بین دو دانه یا کریستال در مواد پلی‌کریستالی) را غیرفعال می‌کند، بلورینگی و شفافیت را بهبود می‌بخشد و تراکم تله‌های الکترونی را کاهش می‌دهد که مجموعا باعث افزایش جریان الکتریکی در صفحات خورشیدی می‌شود، بنابراین کارایی آنها نیز افزایش می‌یابد. . .
با این حال، این اولین بار نیست که دانشمندان موفق به بهبود کارایی صفحات خورشیدی پروسکایت می شوند. در آوریل 2021، گروهی از دانشگاه سیتی هنگ کنگ، فروسن، یک ترکیب آلی فلزی مبتنی بر آهن را که برای اولین بار در سال 1951 در دانشگاه Duquesne تهیه شد، به سلول های خورشیدی پروسکایت اضافه کردند و کارایی آنها را تا 25 درصد افزایش دادند. تست پایداری توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی سلول های خورشیدی تعیین شده است.
در سپتامبر همان سال، محققان هلندی یک دستگاه پشت سر هم پروسکیت-سیلیکون چهار پین ساختند که از مخلوطی از سلول های خورشیدی سیلیکونی با سلول های خورشیدی پروسکایت برای برداشت انرژی از طیف مرئی و مادون قرمز (از طریق سلول های خورشیدی سیلیکونی) و نیز استفاده می کند. طیف فرابنفش (از طریق سلول های خورشیدی پروسکایت). راندمان این دستگاه 30.1 درصد است.
برای پانل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون، یکی از راه‌های بهبود کارایی آنها، افزودن لایه‌های نازک پروسکایت یا سایر مواد جاذب نور (مانند اکسید سیلیکون) است. راه دیگر این است که بازتابنده های آینه ای را در زوایای خاصی نسبت به پنل های خورشیدی قرار دهید تا به آنها کمک کند نور خورشید بیشتری را جذب کنند.
علاوه بر این، لنزهای فرنل می توانند به عنوان متمرکز کننده های خورشیدی برای ساخت پانل های خورشیدی استفاده شوند که به معنای واقعی کلمه نور خورشید ورودی را بر روی سلول های خورشیدی خود متمرکز می کنند.
عدسی فرنل نوعی عدسی است که در اصل توسط فیزیکدان فرانسوی آگوستین ژان فرنل برای فانوس دریایی ساخته شد. طراحی آن امکان تولید لنزهایی با دیافراگم بزرگ و فواصل کانونی کوتاه را بدون استفاده از جرم و حجم مواد مورد استفاده در لنزهای سنتی فراهم می کند. در مقایسه با لنزهای حجیم سنتی، لنز فرنل بسیار نازک‌تر، بزرگ‌تر و صاف‌تر است و نور مایل بیشتری را از منبع جذب می‌کند. بنابراین، فانوس های دریایی از فاصله دور قابل مشاهده هستند.
5858