דגם חדש מאוניברסיטאות Swansea ו-Åbo Akademi משפר את יעילות התאים הסולאריים בסרט דק. הוא מתייחס למגבלות של משוואת דיודות Shockley המסורתית, מייעל את איסוף החשמל וממזער הפסדי רקומבינציה.
חוקרים פיתחו מודל אנליטי חדש המשפר את ההבנה והיעילות של מכשירים פוטו-וולטאיים (PV), המאתגרים את משוואת דיודות Shockley הוותיקה. הממצאים שלהם מאירים כיצד תאים סולאריים גמישים, בעלות נמוכה, יכולים להשיג יעילות גבוהה יותר על ידי איזון איסוף חשמל ומזעור הפסדי ריקומבינציה של מטען.
פיזיקאים מאוניברסיטת סוואנסי ואוניברסיטת אובו אקדמיה השיגו התקדמות גדולה בטכנולוגיית תאים סולאריים על ידי יצירת מודל אנליטי חדש. מודל זה משפר את ההבנה והיעילות של מכשירים פוטו-וולטאיים (PV) עם סרט דק.
במשך כמעט שמונה עשורים, מה שנקרא משוואת דיודות Shockley הסבירה כיצד זרם זורם דרך תאים סולאריים; הזרם החשמלי שמפעיל את הבית שלך או מטעין את בנק הסוללות. עם זאת, המחקר החדש מאתגר את ההבנה המסורתית הזו של סוג ספציפי של תאים סולאריים מהדור הבא, כלומר: תאים סולאריים בעלי סרט דק.
התאים הסולאריים הדקיקים האלה, העשויים מחומרים גמישים וזולים, היו בעלי יעילות מוגבלת בשל גורמים שהמודלים האנליטיים הקיימים לא יכלו להסביר במלואם.
המחקר החדש שופך אור כיצד תאים סולאריים אלו משיגים יעילות מיטבית. הוא חושף איזון קריטי בין איסוף החשמל שנוצר על ידי האור לבין מזעור הפסדים עקב ריקומבינציה, כאשר מטענים חשמליים מבטלים זה את זה.
"הממצאים שלנו מספקים תובנות מפתח לגבי המנגנונים המניעים ומגבילים את איסוף המטענים, ובסופו של דבר את יעילות המרת הכוח, בהתקני PV בעלי ניידות נמוכה", אמר המחבר הראשי, ד"ר אוסקר סנדברג מאוניברסיטת Åbo Akademi, פינלנד.
דגם חדש לוכד את החתיכה החסרה
למודלים אנליטיים קודמים של תאים סולאריים אלה היה נקודה עיוורת: "נשאים מוזרקים" – מטענים שנכנסים למכשיר מהמגעים. נשאים אלה משפיעים באופן משמעותי על שילוב מחדש ויעילות מוגבלת.
"הדגמים המסורתיים פשוט לא תפסו את כל התמונה, במיוחד עבור תאי הסרט הדק האלה עם ניידות נמוכה מוליכים למחצה", הסביר החוקר הראשי, פרופסור חבר ארדלן ארמין מאוניברסיטת סוונסי. "המחקר החדש שלנו מטפל בפער הזה על ידי הצגת משוואת דיודה חדשה המותאמת במיוחד כדי לתת את הדעת על הנשאים המוזרקים החיוניים הללו והשילוב מחדש שלהם עם אלו שנוצרו בצילום."
"השילוב מחדש בין מטענים מוזרקים למטענים שנוצרים בפוטו אינו בעיה ענקית בתאים סולאריים מסורתיים כגון סיליקון PV שעובי מאות מונים מ-PV דק של הדור הבא כגון תאים סולאריים אורגניים", הוסיף ד"ר סנדברג.
פרופסור חבר ארמין אמר: "אחד הפיזיקאים התיאורטיים המבריקים ביותר בכל הזמנים, וולפגנג פאולי אמר פעם 'אלוהים עשה את העיקר; פני השטח היו פרי עבודתו של השטן'. מכיוון שלתאים סולריים סרט דק יש אזורי ממשק גדולים בהרבה לכמות גדולה יותר מסיליקון מסורתי; לא פלא מדוע הם מושפעים בצורה דרסטית יותר מ"עבודת השטן" – כלומר שילוב מחדש של מטענים יקרים שנוצרו בצילום עם אלה שהוזרקו ליד הממשק!"
השפעה על פיתוח תאים סולאריים עתידיים
דגם חדש זה מציע מסגרת חדשה לתכנון תאים סולאריים דקים ופוטו-גלאי יעילים יותר, אופטימיזציה של התקנים קיימים וניתוח תכונות החומר. זה יכול גם לסייע במכונות אימון המשמשות לאופטימיזציה של מכשירים, המציינים צעד משמעותי קדימה בפיתוח הדור הבא של תאים סולאריים בסרט דק.
