آنان با استفاده از روش نوین مبتنی بر لیزر، برای نخستین‌بار توانستند در زمان واقعی مشاهده کنند که چگونه تابش اشعه فرابنفش (UV) به سلول‌های خورشیدی سیلیکونی آسیب می‌رساند و چگونه این سلول‌ها می‌توانند به‌طور طبیعی خود را در زیر نور خورشید ترمیم کنند.

این دستاورد توسط پژوهشگران دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) و با سرپرستی شیائوجینگ هائو، استاد این دانشگاه انجام شده است. نتایج این پژوهش، ردیابی تغییرات شیمیایی در سلول‌های خورشیدی با راندمان بالا را در طول قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش امکان‌پذیر می‌کند و تحولی اساسی در نحوه آزمایش، طراحی و ارزیابی پنل‌های خورشیدی برای استفاده طولانی‌مدت در فضای باز خواهد بود.

به گفته هائو، این روش جدید می‌تواند به‌طور مستقیم در خطوط تولید به‌کار گرفته شود تا مقاومت سلول‌های خورشیدی در برابر آسیب اشعه فرابنفش به‌سرعت بررسی شود و نقش مهمی در کنترل کیفیت آینده ایفا کند.

اشعه فرابنفش خطرناک است؟

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی که سهم عمده‌ای از بازار جهانی انرژی خورشیدی را در اختیار دارند، در برابر تخریب ناشی از اشعه فرابنفش بسیار آسیب‌پذیر هستند و قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض اشعه فرابنفش به‌طور قابل‌توجهی راندمان آنها را کاهش می‌دهد.

نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که عملکرد سلول‌های خورشیدی سیلیکونی می‌تواند پس از معادل ۲۰۰۰ ساعت قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش در طول آزمایش‌های شتاب‌یافته، به میزان ۱۰ درصد کاهش یابد. در حالی که آنها می‌توانند در طول عملکرد عادی تا حدی بهبود یابند اما این تاثیر فقط در خروجی الکتریکی مشاهده شده است. هرچند بخشی از این افت در شرایط عادی قابل جبران است، اما تاکنون این بازیابی فقط در خروجی الکتریکی و نه در خود ساختار ماده رخ داده است.

برای حل این مشکل، گروه پژوهشی دانشگاه نیو ساوت ولز، روش پایش غیرمخرب طراحی کرده که قادر است، تغییرات شیمیایی درون سلول‌های خورشیدی فعال را در مقیاس میکروسکوپی ردیابی کند. در این پژوهش از تکنیکی به نام «طیف‌سنجی رامان فرابنفش» استفاده شده که با تاباندن لیزر و تحلیل پراکندگی نور، ارتعاشات مولکولی و ساختار ماده را آشکار می‌کند.

ژیهنگ لیو، پژوهشگر این پژوهش اظهار کرد: این روش مانند دوربین عمل می‌کند، به‌جای اینکه فقط توان خروجی سلول را اندازه بگیریم، می‌توانیم ببینیم خود ماده چگونه در لحظه تغییر می‌کند.

نتایج نشان داد که تابش فرابنفش، پیوندهای شیمیایی میان اتم‌های هیدروژن، سیلیکون و بور را در نزدیکی سطح سلول تغییر می‌دهد و لایه محافظ سطحی را تضعیف می‌کند اما وقتی سلول دوباره در معرض نور مرئی خورشید قرار می‌گیرد، این پیوندها ترمیم شده و ساختار شیمیایی به حالت اولیه بازمی‌گردد.

آنگ لیو، دانشیار دانشگاه نیو ساوت ولز گفت: این نتایج ثابت می‌کند که بازیابی فقط پدیده الکتریکی نیست، بلکه خود ماده در سطح اتمی ترمیم می‌شود.

پیامدهای مهم برای صنعت خورشیدی

این کشف می‌تواند شیوه انجام آزمایش‌های تسریع‌شده را متحول کند. در حال حاضر، پنل‌ها تحت تابش شدید فرابنفش قرار می‌گیرند تا سال‌ها استفاده واقعی شبیه‌سازی شود، اما این کار ممکن است تخریب‌های موقتی و برگشت‌پذیر را با آسیب‌های دائمی اشتباه بگیرد.

سایت اینترستینگ اِنجینیرینگ گزارش کرد،  روش جدید به دانشمندان اجازه می‌دهد میان تغییرات موقت و غیرقابل بازگشت تمایز قائل شوند، موضوعی که برای پیش‌بینی دقیق عمر مفید پنل‌های خورشیدی حیاتی است. این فناوری می‌تواند در عرض چند ثانیه حساسیت سلول‌ها به اشعه فرابنفش را تشخیص دهد، بدون آنکه به آن‌ها آسیبی وارد شود.

پژوهشگران می‌گویند: این روش برای غربالگری مواد جدید، بهبود طراحی‌ها و حتی کنترل کیفیت در خطوط تولید بسیار کاربردی خواهد بود.

به گفته هائو، این ابزارها تصویر واقعی‌تری از عملکرد سلول‌های خورشیدی در دنیای واقعی به ما می‌دهند و در نهایت به تولید پنل‌ها و سیستم‌های خورشیدی قابل‌اعتمادتر منجر می‌شوند.

نتایج این پژوهش در نشریه علمی «علوم انرژی و محیط زیست» (Energy & Environmental Science) منتشر شده است.

انتهای پیام