تؤثر مشكلة انخفاض كفاءة التحويل الناجمة عن ارتفاع درجة حرارة الخلايا الضوئية بشكل كبير على أداء الخلايا الضوئية. في الآونة الأخيرة ، قام الباحثون في جامعة ستانفورد بفعالية بخفض الإشعاع الحراري الزائد للخلايا الضوئية عن طريق إضافة طبقة خاصة من زجاج الكوارتز إلى سطح الخلايا الضوئية ، والتغلب على مشاكل التبريد في تطوير الخلايا الكهروضوئية عالية الكفاءة.
تعد الخلايا الكهروضوئية واحدة من أكثر مصادر الطاقة المتجددة الواعدة على نطاق واسع في السوق اليوم. على الرغم من سهولة تصنيعها ، إلا أن هناك مشكلة في تحويل الطاقة الشمسية منخفض جدًا. باستثناء فقدان الطاقة الحتمي ، فإن ارتفاع درجة حرارة الخلايا الكهروضوئية هو السبب الرئيسي لكفاءة التحويل المنخفضة. في ظل ظروف العمل العادية ، يمكن للخلايا الضوئية الوصول بسهولة إلى درجات حرارة أعلى من 55 درجة مئوية ، مما يحد من معدل التحويل الكهروضوئي مع تقليل عمر البطارية أيضًا. تستخدم أساليب التبريد الحالية أجهزة التهوية والمبردات السائلة ، ولكن هذه الأساليب هي نقص في الإقتصاد وتؤثر على الأداء الكهروضوئي.
"نهجنا الجديد يمكن أن يقلل بشكل سلبي درجة حرارة التشغيل للخلايا الكهروضوئية ، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة تحويل الطاقة وعمرها." قال عالم الفيزياء بجامعة ستانفورد والمؤلف الرئيسي للورقة ، Zhu Linxiao ، أن هاتين الفائدتين تساعدان على استمرار النجاح وعلى نطاق واسع تطبيق تكنولوجيا الخلايا الضوئية.
الخلايا الكهروضوئية هي الأجهزة التي تحول ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. ويتمثل التصميم الأكثر نجاحًا واستخدامًا على نطاق واسع اليوم في استخدام مواد أشباه الموصلات السليكون البلورية مع حد تحويل أعلى للطاقة يبلغ 30٪. تنتج الطاقة الشمسية غير المحولة إشعاعًا حراريًا يقلل من أداء الخلية الكهروضوئية. عند درجة 1 مئوية ، يتم تقليل درجة حرارة الخلايا الكهروضوئية بنسبة 0.5 ٪. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الزيادة في درجة الحرارة سوف تسرع أيضا معدل شيخوخة الخلايا الضوئية ، وسيتم مضاعفة معدل الشيخوخة لكل زيادة 10 درجات مئوية.
وقال آسوواث رامان ، المؤلف المشارك للدراسة ، "إن هذا المستوى من خفض التحويل خطير للغاية". في الصناعة الضوئية ، يتم استخدام الكثير من المال لحل مشكلة التحويل. يمكن أن تساعد طريقتنا في تغطية الخلايا الضوئية ذات السطح الزجاجي الخاص على تحسين الكفاءة الكهروضوئية بشكل فعال.
في الطيف ، يحمل الضوء المرئي طاقة أكثر ، بينما يحمل ضوء الأشعة تحت الحمراء مزيدًا من الحرارة. وللأشعة المختلفة أطوال موجية مختلفة ، وتتميز الأطوال الموجية المختلفة للضوء بانكسار وانعكاس مختلف عند المرور عبر أنواع وأشكال مختلفة من الأسطح. "الكوارتز شفاف للضوء المرئي ، ولكن يمكنه ضبط الانكسار والانعكاسية لبعض الأطوال الموجية الخاصة للضوء". أوضح فان شانهوي أن هذا التصميم من طبقة رقيقة من الكوارتز ، بينما يعكس الأشعة تحت الحمراء ، لا يؤثر على زوج البطارية. لا يؤدي امتصاص الضوء المرئي إلى تدهور أداء الخلايا الضوئية ، وهو حل شبه مثالي. هدفنا هو تقليل درجة حرارة التشغيل للخلايا الكهروضوئية ، وبالتالي زيادة تحويل الطاقة الشمسية.
ومع ذلك ، تم الحصول على النتائج المذكورة أعلاه من خلال المحاكاة.
يقوم حاليا تشو Linxiao وزملاؤه بتصنيع هذه الأجهزة وإجراء تجارب الاختبار. الخطوة التالية هي لإثبات تأثير التبريد للخلايا الضوئية في بيئة خارجية. "نعتقد أن هذا العمل يحل مشكلة تقنية مهمة لتوليد الطاقة الكهروضوئية ويحسن أداء الخلايا الفولتية الضوئية. لذلك ، لديها إمكانات تجارية كبيرة." وقال تشو Linxiao.
