مشکل اصلی بازدهی پنل خورشیدی پیدا شد: آینده انرژی خورشیدی روشن است؟!

سال‌هاست بشر فکر استفاده از انرژی خورشید را در سر می پروراند. از سال‌های دور که مستقیماً نور و گرمای آن برای گرم کردن و خشک کردن استفاده می‌شد، تا امروز که از آن برای تولید برق استفاده می‌شود. توسعه تکنولوژی پنل خورشیدی لحظه‌ای بود که رؤیای آینده‌ای پاک به کمک انرژی خورشیدی در ذهن ما شکل گرفت. رؤیایی که البته تا کنون محقق نشده و از نظر بسیاری، تنها  یک ایده علمی-تخیلی و غیرکاربردی باقی خواهد ماند.
دانشمندان زیادی در این مسیر تلاش کردند تا بتوانند پنل خورشیدی را به شکلی کاربردی طراحی کنند. مشکل اصلی پنل های خورشیدی بازدهی کم آن‌هاست. معمایی که به نظر می‌رسد پس از سال‌های تلاش دانشمندان بالاخره حل شده است.

کشف مشکل اساسی بازدهی پنل خورشیدی

دانشمندان بعد از مدت‌ها بررسی علت بازدهی کم پنل خورشیدی متوجه شدند نقصی موجود در مواد سیلیکونی مورد استفاده در پنل های خورشیدی شدند. نقصی که مانع عملکرد بهتر پنل می‌شود. این مشکل که تا کنون تشخیص داده نشده بود به‌تنهایی می‌تواند عامل دو درصد کاهش بازدهی در «بهره بری در یک ساعت اول» یا به عبارت علمی‌تر «کاهش القای نوری» (LID، Light Induced Degradation) باشد.
ممکن است 2 درصد کاهش عملکرد از نظر ما چندان چشم گیر نباشد ولی اگر وقتی تعداد زیاد سلول خورشیدی و مزارع خورشیدی که در جهان وجود دارد را در نظر بگیرید دیگر نمی‌توان چنین اظهار نظر کرد. 2 درصد عملکرد ضعیف‌تر به معنی هدر رفتن چندین گیگاوات انرژی گران بهاست. انرژی‌ای که منابع غیر تجدید پذیر باید آن را جبران کنند!

تأثیر بازدهی بالاتر پنل خورشیدی در جهان

تخمینی که مورد هدر رفت انرژی به دلیل نقص در ظاهر ناچیز در جهان زده شده، هولناک است. بر اساس تخمین‌ها، این هدر رفت معادل انرژی تولید شده توسط 15 نیروگاه هسته‌ای پیشرفته است!
به دلیل مسائل اقتصادی و مهم‌تر از آن، محیط زیست، مدت‌هاست مشکل بازدهی پایین سلول‌های خورشیدی توجه همه را به خود جلب کرده. بیشتر از 40 سال است دانشمندان و مهندسان برای حل این مسئله تلاش کرده‌اند. با این حال پنل خورشیدی تا امروز با سماجت در مقابل تلاش برخی از بهترین نخبگان، مقاومت کرده است. در نهایت، استفاده از تکنیک الکتریکی و نوری بود که گره گشای این مشکل شد.

مشکل پنل خورشیدی امروزی چیست؟

دانشمندان با یک روش به نام سطح عمیق طیف سنجی گذرا (DLTS) توانستند مشکل را پیدا کنند. قرار نیست اینجا به بحث در مورد این مقاله بپردازیم، ولی نگاهی کوتاه به نتایجی که در این تحقیقات به دست آمد، می‌اندازیم.
در سلول خورشیدی، نور خورشید به بار الکتریکی تبدیل می‌شود و الکترون‌ها را به جریان می‌اندازد. این تحقیقات مشخص کرد به دلایلی، جریان الکترون‌ها در میانه راه در تله گیر می‌افتند. این مسئله باعث می‌شود نیروی الکتریکی تولیدی در سلول خورشیدی کاهش پیدا کند. البته مشکل تا زمانی که پنل خورشیدی گرم نشود، بروز پیدا نمی‌کند!
ولی این تحقیق چه راه حلی را پیدا کرده؟ فعلاً هیچ! تا فعلاً تحقیقات در همین حد پیش رفته است. اثبات وجود این اشکال و مشخص کردن ساز و کار آن بزرگ‌ترین قدمی بود که مدت‌ها دانشمندان را سردرگم کرده بود. رفع کردن آن، قدم بعدی و احتمالاً کار مهندسان است.
نکته دیگری که در این تحقیقات مشخص شد این بود که سیلیکون‌هایی باکیفیت بالاتر توانایی انتقال بار طولانی‌تری دارند. یعنی الکترون‌ها مدت بیشتری می‌توانند انرژی دریافت شده از فوتون‌ها را حمل کنند. این مسئله هم خود به‌نوعی پدیده گیر افتادن الکترون‌ها و کاهش بازدهی سلول خورشیدی را تائید می‌کند.

بازدهی پنل خورشیدی با تاریکی بالا می‌رود

نکته جالب در مورد پنل های خورشیدی این است که وقتی آن را در تاریکی گرم کنید، نقص موجود در آن کاهش پیدا می‌کند. این کار باعث از بین رفتن تله‌های سیلیکون می‌شود.
تلاش برای افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی هم چنان ادامه دارد. راه حل بسیاری از مسائل و مشکلات سلول‌های خورشیدی در همین آزمایشگاه‌ها پیدا می‌شود و روز به‌روز شاهد افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی هستیم. هر چند، فعلاً روند آن چندان سریع نبوده است. حالا که مشکل LID حل شده، می‌توان امیدوار بود روند بهبود عملکرد پنل خورشیدی و در نتیجه گسترش استفاده از آن، تسریع شود.

به نظر شما آیا امکان تأمین انرژی با استفاده از پنل های خورشیدی واقعاً امکان پذیر و کاربردی است؟ تا چه حد می‌توان به پیشرفت‌هایی که در این زمینه انجام می‌شود امیدوار بود؟

منبع: sciencealert.com