ระบบเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ของระบบโซล่าเซลล์

ระบบโซล่าเซลล์มีราคาถูกกว่าในการผลิตและมีความยืดหยุ่นมา […]

ระบบเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ของระบบโซล่าเซลล์

ระบบเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ของระบบโซล่าเซลล์

ระบบโซล่าเซลล์มีราคาถูกกว่าในการผลิตและมีความยืดหยุ่นมากกว่าเซลล์ที่ทำจากซิลิคอนแบบผลึก แต่ไม่มีประสิทธิภาพหรือเสถียรภาพในระดับเดียวกัน กลุ่มนักวิจัยที่นำโดยศ. คริสตอฟบราเบกผู้อำนวยการสถาบันวัสดุสำหรับเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และพลังงาน (i-MEET) ที่ประธานสาขาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมที่ FAU ได้ดำเนินการปรับปรุงคุณสมบัติเหล่านี้มาหลายปีแล้ว ในระหว่างการทำวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก Andrej Classen ซึ่งเป็นนักวิจัยรุ่นใหม่ของ FAU ได้แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้โมเลกุลตัวรับเรืองแสง ผลงานของเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสารNature พลังงาน

ดวงอาทิตย์สามารถจ่ายพลังงานรังสีได้ประมาณ 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตรในวันที่อากาศแจ่มใสที่ละติจูดของยุโรป เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอน monocrystalline ธรรมดาแปลงพลังงานได้ถึงหนึ่งในห้าของพลังงานนี้เป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งหมายความว่ามีประสิทธิภาพประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ คณะทำงานของศาสตราจารย์ Brabec ได้สร้างสถิติโลกในด้านประสิทธิภาพของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แบบออร์แกนิกที่ 12.6% ตั้งแต่เดือนกันยายน 2019 โมดูลหลายเซลล์ที่พัฒนาขึ้นที่ Energie Campus Nürnberg (EnCN) มีพื้นที่ผิว 26 ซม. ² “ ถ้าเราทำได้มากกว่า 20% ในห้องปฏิบัติการเราอาจทำได้ 15% ในทางปฏิบัติและกลายเป็นการแข่งขันที่แท้จริงสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอน” ศ. Brabec กล่าว

การใช้งานที่ยืดหยุ่นและประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงในระหว่างการผลิต

ข้อดีของระบบโซล่าเซลล์มีความบางและยืดหยุ่นเหมือนกระดาษฟอยล์และสามารถปรับให้เข้ากับพื้นผิวต่างๆได้ ความยาวคลื่นที่แสงอาทิตย์ถูกดูดซับสามารถ ‘ปรับ’ ได้ผ่านทาง macromodules ที่ใช้ หน้าต่างสำนักงานที่เคลือบด้วยระบบโซล่าเซลล์ที่ดูดซับสเปกตรัมสีแดงและอินฟราเรดไม่เพียง แต่จะคัดกรองรังสีความร้อน แต่ยังผลิตกระแสไฟฟ้าในเวลาเดียวกัน

เกณฑ์หนึ่งที่ทวีความสำคัญมากขึ้นในมุมมองของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคือระยะเวลาการทำงานหลังจากนั้นเซลล์แสงอาทิตย์จะสร้างพลังงานได้มากกว่าที่จำเป็นในการผลิต เวลาคืนทุนด้านพลังงานที่เรียกว่านี้ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้และตำแหน่งของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) เป็นอย่างมาก จากการคำนวณล่าสุดของ Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) เวลาคืนทุนด้านพลังงานของโมดูล PV ที่ทำจากซิลิคอนในสวิตเซอร์แลนด์อยู่ที่ประมาณ 2.5 ถึง 2.8 ปี อย่างไรก็ตามเวลานี้ลดลงเหลือเพียงไม่กี่เดือนสำหรับระบบโซล่าเซลล์ตามที่ Dr. Thomas Heumüllerผู้ร่วมวิจัยของ Prof. Brabec’s Chair กล่าว

การสูญเสียประสิทธิภาพในการแยกประจุ

เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิกอน ‘แบบดั้งเดิม’ การเทียบเท่าสารอินทรีย์มีข้อเสียอย่างชัดเจน: แสงแดดไม่ได้สร้างประจุสำหรับการไหลของกระแสในทันที แต่เรียกว่า excitons ซึ่งประจุบวกและลบยังคงถูกผูกไว้ “ ต้องใช้ตัวรับที่ดึงดูดเฉพาะประจุลบเพื่อกระตุ้นการแยกประจุซึ่งจะก่อให้เกิดประจุไฟฟ้าฟรีที่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้” ดร. Heumüller อธิบาย

จำเป็นต้องมีแรงผลักดันบางอย่างเพื่อแยกประจุ แรงผลักดันนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลของโพลีเมอร์ที่ใช้ เนื่องจากโมเลกุลบางชนิดจากวัสดุชั้นฟูลเลอรีนมีแรงขับเคลื่อนสูงจึงเป็นตัวเลือกที่ต้องการของตัวรับอิเล็กตรอนในระบบโซล่าเซลล์จนถึงตอนนี้ อย่างไรก็ตามในระหว่างนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าแรงผลักดันที่สูงมีผลเสียต่อแรงดันไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงตามสูตรที่ใช้กับกระแสตรง – กำลังไฟฟ้าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าคูณกระแส

Andrej Classen ต้องการทราบว่าแรงผลักดันต้องต่ำเพียงใดเพื่อให้สามารถแยกประจุออกจาก exciton ได้อย่างสมบูรณ์ ในการทำเช่นนั้นเขาได้เปรียบเทียบการรวมกันของโพลีเมอร์ผู้บริจาคสี่ตัวและโพลีเมอร์ตัวรับ 5 ตัวที่พิสูจน์แล้วว่ามีศักยภาพในการใช้ในระบบโซล่าเซลล์ Classen ใช้เซลล์เหล่านี้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ 20 เซลล์ภายใต้สภาวะเดียวกันโดยมีแรงผลักดันเกือบเป็นศูนย์ถึง 0.6 อิเล็กตรอน

เพิ่มประสิทธิภาพด้วยโมเลกุลบางชนิด

ผลการวัดเป็นหลักฐานสำหรับทฤษฎีที่สันนิษฐานไว้แล้วในการวิจัย – ‘สมดุลของ Boltzmann’ ระหว่าง excitons และประจุที่แยกจากกันซึ่งเรียกว่าสถานะการถ่ายโอนประจุ (CT) “ ยิ่งแรงผลักดันเข้าใกล้ศูนย์มากเท่าไหร่ความสมดุลก็จะเปลี่ยนไปสู่ ​​excitons มากขึ้นเท่านั้น” Dr.Larry Lüerซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านโฟโตฟิสิกส์ในคณะทำงานของ Brabec กล่าว ซึ่งหมายความว่าการวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่การป้องกันไม่ให้สารกระตุ้นจากการสลายตัวซึ่งหมายถึงการเพิ่ม ‘อายุการใช้งาน’ ของการกระตุ้น

จนถึงตอนนี้การวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่อายุการใช้งานของรัฐ CT เท่านั้น Excitons สามารถสลายตัวได้โดยการเปล่งแสง (เรืองแสง) หรือความร้อน ด้วยการปรับเปลี่ยนโพลีเมอร์อย่างชำนาญนักวิทยาศาสตร์สามารถลดการผลิตความร้อนให้เหลือน้อยที่สุดโดยยังคงการเรืองแสงไว้ให้มากที่สุด “ ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์จึงสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้โมเลกุลตัวรับแสงที่เรืองแสงสูง” Andrej Classen ทำนาย

ข้อมูลอ้างอิง: “บทบาทของอายุการใช้งาน exciton สำหรับการสร้างประจุในระบบโซล่าเซลล์ที่การชดเชยระดับพลังงานเล็กน้อย” โดย Andrej Classen, Christos L. Chochos, Larry Lüer, Vasilis G. Gregoriou, Jonas Wortmann, Andres Osvet, Karen Forberich, Iain McCulloch โทมัสและคริสโตHeumüllerเจ Brabec 31 สิงหาคม 2020 พลังงานธรรมชาติ
DOI: 10.1038 / s41560-020-00684-7

แชร์บทความ

รับติดตั้งระบบโซล่า เซลล์โซล่ารูฟ ท็อป

สำหรับบ้าน และโรงงาน

เราคือผู้ให้บริการติดตั้งระบบโซล่า เซลล์ โซล่ารูฟ ท็อปที่ได้มาตรฐาน สำหรับบ้าน และโรงงานของคุณด้วยระบบที่ทันสมัยและวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับคุณ