جهش بزرگ در بهره‌وری پنل‌های خورشیدی با کشف روشی تازه

دانشمندان موسسه علوم فوتونیک (ICFO) در تحقیقات اخیر خود روشی نوآورانه برای طراحی پنل‌های خورشیدی کشف کرده‌اند که می‌تواند بهره‌وری انرژی آن‌ها را به‌طرز چشمگیری افزایش دهد. مطالعات پیشین عمدتاً بر کاهش اتلاف گرما تمرکز داشتند، اما تیم ICFO به مشکل دیگری پرداخته است: اتلاف انرژی ناشی از نوری که پنل‌ها به محیط بازمی‌تابانند که به آن «اتلاف بولتزمن» (Boltzmann loss) گفته می‌شود.

پنل‌های فعلی معمولاً از مواد نیمه‌رسانا مانند سیلیکون کریستالی استفاده می‌کنند که با تابش نور، الکترون آزاد کرده و جریان برق تولید می‌کنند. با این حال، بخشی از انرژی به گرما تبدیل شده یا به‌صورت نور هدر می‌رود. محققان با استفاده از یک سلول خورشیدی ارگانیک و جایگزینی الکترود جلویی با یک لایه نازک نقره، سلول را به یک حفره نوری تبدیل کردند که اجازه ورود نور خورشید را می‌دهد اما از انتشار نور در زوایای باز جلوگیری می‌کند. این تغییر باعث افزایش ۰.۸۵ درصدی بهره‌وری در نمونه آزمایشی شد که گرچه رقمی اندک است، اما ثابت می‌کند عبور از محدودیت‌های نظری فعلی امکان‌پذیر است.

در حال حاضر محدودیت نظری کارایی پنل‌ها که به حد «شاکلی-کوایسر» معروف است، حدود ۳۳.۱۶ درصد تعیین شده، در حالی که پنل‌های مصرفی بازار بین ۲۰ تا ۲۳ درصد بازدهی دارند. دکتر فرانسیسکو برنال تکسا، نویسنده اصلی این مطالعه، معتقد است اگر بتوان مخروط انتشار نور را با مخروط جذب نور خورشید هماهنگ کرد، دستیابی به کارایی ۴۳ درصدی ممکن خواهد بود. با وجود اینکه این فناوری هنوز در مراحل آزمایشگاهی است، اصول آن می‌تواند در انواع سلول‌های فتوولتائیک اعمال شود و راه را برای نسل‌های آینده پنل‌های خورشیدی خانگی هموار کند.