سلول هاي خورشيدي

كاربرد نانوتكنولوژي در سلول هاي خورشيدي

سلول هاي خورشيدي ابزارهايي هستند كه انرژي خورشيدي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند. اين تبديل مستقيم يا غير مستقيم بوده كه در آن انرژي خورشيدي ابتدا به حرارت يا انرژي شيميايي و سپس به انرژي الكتريكي تبديل مي شود. به پديده تبديل مستقيم انرژي خورشيدي به الكتريسته ، پديده فوتوولتاييك گفته مي شود. اين تبديل يا مستقيماً صورت مي گيرد( فوتو ولتاييك)[1] يا بصورت غير مستقيم ، ابتدا به حرارت ( اثرفوتوترمال )[2] يا انرژي شيميايي ( اثر فوتو شيميايي )[3] و سپس به انرژي الكتريكي تبديل مي شود. معمول ترين نوع سلول هاي خورشيدي براساس اثر فوتوولتاييك (PV) است كه در آن نور خورشيد به يك صفحه نيمه هادي دو لايه برخورد مي كند و يك اختلاف پتانسيل بين لايه ها ايجاد مي شود . اين ولتاژ مي‌تواند در يك مدار خارجي ، جريان ايجاد كند و كار انجام دهد.

اساس تمام سلول هاي خورشيدي ، نيمه هاديها هستند . اينها مي توانند در صورت رسيدن انرژي كافي به اتم با آزاد سازي الكترون ، جريان الكتريكي ، ايجاد كنند. به زبان فيزيكي ، الكترون به لايه Conduction مي رود . مشكل اينجاست كه اين پديده فقط با برخي طول موج ها ايجاد مي شود چون ذرات نور( فوتونها ) بايد يك حداقل انرژي ( براي برانگيختن الكترونها ) داشته باشند. فوتون هاي نور آبي پر انرژي تر از فوتون هاي نور قرمز هستند. از سوي ديگر ، اگر انرژي فوتون بيشتر از ميزان انرژي لازم براي برانگيختن يك مولكول يا نيمه هادي باشد ، منجر به يك خلا مي شود . اين دو پديده باعث مي شود كه %70 انرژي خورشيدي بدون مصرف باقي بماند.

از دهه 1970 تلاشها در جهت ساخت سلهاي خورشيدي بهتر بر اين اساس ، آغاز شده است . در اين روش از يك لايه از مولكول هاي ذرات رنگي كه جاذب نور هستند استفاده مي شود اين لايه ذرات در تماس مستقيم با نيمه هاديها قرار مي گيرند. با تحريك ذرات رنگي ، يك الكترون از دست مي دهد و باعث تحريك الكترون نيمه ها دي و رفتن الكترون به باند conduction مي شود و اين بدين معناست كه ديگر نيازي به تكيه بر جذب نور توسط خود نيمه هادي ،‌نيست.

در میان سلولهای خورشیدی که امروزه مورد توجه قرار گرفته، انواع نانوساختار آن به تازگی بیش از سایر انواع دیگر سلولهای خورشیدی، مورد توجه هستند. با توجه به نیاز به بازده بالاتر و قیمت پایین تر سلول های خورشیدی، امروزه بسیاری از محققان بر این باورند که استفاده از تکنولوژی نانو می تواند پیشرفت چشمگیری در استفاده از سلول های خورشیدی ایجاد نماید.

سلول خورشیدی حساس به رنگ (DSSC) از دسته سلول های لایه نازک به شمار می آید و تنها مدلی از تکنولوژی نسل سوم سلولهای خورشیدی است که تاکنون به مرحله تجاری رسیده است. ساختار این سلول ها شامل نیمرسانایی است که بین یک آند حساس به نور و یک الکترولیت قرار گرفته است (سیستم فوتوالکتروشیمیایی) . این سلول اولین بار در سال 1991 توسط مایکل گرتزل و برایان اورگان در دانشگاه صنعتی فدرال لوزان طراحی شد و از آنجا که از مواد کم هزینه ساخته میشود و ساختار پیچیدهای ندارد بسیار مورد توجه قرار گرفت. سلول خورشیدی حساس به رنگ میتواند به صورت صفحات انعطاف پذیری طراحی شود، از نظر مکانیکی ساختار محکمی دارد و نیاز به محافظت در برابر ضربات کوچک ندارد. علاوه بر این بهدلیل نوع عملکردش در هوای ابری و نور غیر مستقیم خورشید نیز قادر به کار میباشد.

در سلول خورشیدی حساس به رنگ دو فرآیندی که در پیلهای قدیمی سیلیکونی توسط سیلیکون انجام میشد تفکیک شدهاند. در پیلهای قدیمی سیلیکون هم به عنوان منبع فوتوالکترون به کار میرود و هم میدان الکتریکی لازمبرای جداسازی بارها و ایجاد جریان را تولید میکند. در سلول خورشیدی حساس به رنگ نیمرسانا تنها برای انتقال بار به کار میرود و فوتوالکترونها به وسیلهی یک مادهی رنگی حساس به نور فراهم میشوند. مولکولهای مادهی رنگی بسیار کوچک هستند. برای جذب میزان قابل توجهی از نور خورشید از مادهای دیگر به عنوان پایه برای نگه داشتن تعداد زیادی از مولکولهای ماده رنگی در یک ساختار سه بعدی استفاده می شود. معمولاً ماده نیمرسانا این نقش را نیز ایفا می کند.

سلول خورشیدی حساس به رنگ که توسط گرتزل طراحی شد شامل یک آند شفاف از جنسF :SnO2 است که بر روی شیشه لایهنشانی شده است. در پشت این صفحه لایه نازکی از دیاکسید تیتانیوم (TiO2) بسیار متخلخل با مساحت سطح موثر زیاد قرار دارد. سپس با فرو بردن این صفحه در داخل ترکیب رنگی روتینیم پولیپیریدین حساس به نور و یک حلال، لایه نازکی از ماده رنگی با پیوند کووالانسی بر روی سطح TiO2 می نشیند. سطح پشتی سلول نیز از الکترولیت یدید که بر روی صفحه ای رسانا معمولاً از جنس پلاتین قرار گرفته، تهیه شده و به بخش جلویی متصل می شود. این سلول گرچه از مواد پیشرفته ساخت شده است ولی طراحی آن بسیار ساده و کم هزینه است.

[1] Photo Voltaic effect

[2] -Photothermal effect

[3] -Photochemical effect

سلول هاي خورشيدي

مطالب مشابه :

سلول خورشیدی

220 - سلول خورشیدی/باطری" باتری " خورشیدی چیست و چگونه کار می کند؟ (کلیک کنید)

انواع(1)Solar Cell

سلول هاي خورشيدي

انرژی خورشیدی

چگونگی کار سلول های خورشیدی

جزئیات نصب و راه اندازی سلول های خورشیدی برای استفاده خانگی

ساخت سلول های خورشیدی با طرح ها ورنگ های مختلف در پنجره ساختمان ها