این آلیاژ سحر می تواند انرژی خورشیدی را ارزان تر کند

محققان یک نوع جدید از آلیاژ نیمه هادی را که قادر به گرفتن نور نزدیک مادون قرمز است که در لبه طیف نور قابل مشاهده است جذب می کند.

اعتقاد بر این است که مواد مقرون به صرفه ترین در جهان است که می تواند نور نزدیک به مادون قرمز را جذب کند و با نیمه رسانای آرسنید گالیم که اغلب در فتوولتائیک متمرکز استفاده می شود، سازگارتر از ساختن و حداقل 25 درصد ارزان تر از ترکیبات قبلی است.

فتوولتائیک سانتریفیوژ می تواند نسل بعدی را قدرت ببخشد. فتوولتائیک سانتریفیوژ جمع آوری و تمرکز نور خورشید را بر روی سلول های خورشیدی کوچک و با کارایی بالا از آرسنید گالیم یا نیمه هادی های ژرمانیوم تمرکز می کند. آنها در مسیر دستیابی به میزان بهره وری بیش از 50 درصد قرار دارند، در حالی که سلول های خورشیدی سیلیکون معمولی تخت در مرکز 20 قرار دارد.

راشل گلدمن، استاد علوم و مهندسی مواد و همچنین فیزیک دانشگاه میشیگان می گوید: "سیلیکون تخت پویا اساسا از لحاظ کارایی بیشتر است." "هزینه سیلیکون در حال کاهش است و بازدهی بالا نمی رود. فتوولتائیک متشکل کننده می تواند نسل بعدی را قدرتمند کند. "

انواع فتوولتائیک متمرکز کننده امروزه وجود دارد. آنها از سه آلیاژهای نیمه هادی مختلف تشکیل شده است. اسپری بر روی نیمه رسانای ویفر در فرآیندی به نام Epitaxy-beam beam-bit like spray painting با عناصر فردی - هر لایه تنها چند میکرون ضخامت دارد. لایه ها بخش های مختلف طیف خورشیدی را جذب می کنند؛ نور که از طریق یک لایه می شود، توسط بعدی گرفته می شود.

اما نور نزدیک به مادون قرمز، از طریق این سلول ها بی حرکت می شود. سالهاست که محققان در حال کار بر روی یک آلیاژ "چهارم لایه" گریزناپذیری هستند که میتوانند به سلولها برای جذب این نور آغشته شوند. این یک نظم بلند است؛ آلیاژ باید با هزینه ساخت، پایدار، با دوام و حساس به نور مادون قرمز با ساختار اتمی که با سه لایه دیگر در سلول خورشیدی سازگار باشد.


گرافیک اشتراک درونی


بدست آوردن همه این متغیرها آسان نیست و تا به امروز، محققان با فرمول های غیرقابل پرداخت گرانقیمت که از پنج عنصر یا بیشتر استفاده می کنند، گیر کرده اند.

برای پیدا کردن یک مخلوط ساده، تیم گلدمن یک رویکرد جدید برای نگه داشتن زبانه بر روی متغیرهای زیادی در روند ایجاد کرد. آنها روش های اندازه گیری روی زمین را شامل پراش اشعه ایکس انجام شده در دانشگاه و تجزیه و تحلیل پرتوهای یونی انجام شده در آزمایشگاه ملی لس آلاموس با مدل سازی کامپیوتری سفارشی ترکیب کردند.

با استفاده از این روش، آنها کشف کردند که یک نوع کمی متفاوت از مولکول آرسنیک می تواند به طور موثر با بیسموت جفت شود. آنها توانستند مقدار نیتروژن و بیسموت را در مخلوط خنک کنند، و آنها را قادر به حذف یک مرحله تولیدی اضافی که نیاز به فرمول قبلی است. و آنها دقیقا درجه حرارت مناسب را پیدا کردند که عناصر را به راحتی می توان مخلوط کرده و به طور ایمن به بستر سوق داد.

گلدمن می گوید: "سحر" یک کلمه نیست که ما اغلب به عنوان دانشمندان مواد استفاده می کنیم. "اما این همان چیزی است که احساس می کرد وقتی که ما بالاخره آن را درست کردیم."

این پیشرفت بر پایه یک نوآوری دیگر از آزمایشگاه گلدمن است که سادهتر از فرایند «دوپینگ» است که برای رفع خواص الکتریکی لایههای شیمیایی در نیمه هادیهای گالیم آرسنید استفاده میشود.

در طول دوپینگ، تولید کنندگان ترکیب شیمیایی به نام "ناخالصی طراح" را برای تغییر نحوه تولید نیمه هادی ها و قطب مثبت و منفی آنها شبیه به الکترود باتری می دهند. عوامل دوپینگ معمولا برای نیمه هادی های گالسیوم آرسنید استفاده می شود که در سمت منفی سیلیکون و در طرف مثبت بریلیم است.

بریلیم یک مشکل است - سمی است و هزینه 10 بار بیش از dopants سیلیکون است. بریلیوم نیز به گرما حساس است، که انعطاف پذیری را در طول فرایند تولید محدود می کند. اما تیم کشف کرد که با کاهش مقدار آرسنیک زیر سطوح که قبلا قابل قبول در نظر گرفته شده است، آنها می توانند قطبیت دوده های سیلیکونی را "تلنگر" کنند، و آنها را قادر به استفاده از عنصر ارزان تر و ایمن برای هر دو طرف مثبت و منفی می کند.

ریچارد فیلد، دانشجوی دکترای سابق که در این پروژه مشغول به کار بود، قادر به تغییر قطبیت حامل نوعی "ambiexterity" اتمی است. "درست مثل افرادی که به طور طبیعی متولد شده اند، به ندرت با این توانایی های ناخالص اتمی آشنا هستند."

با هم، فرایند دوپینگ بهبود یافته و آلیاژ جدید می تواند نیمه هادی ها را در فتوولتائیک متمرکز مورد استفاده قرار دهد، همانطور که 30 درصد ارزان تر است، گامی بزرگ در جهت ایجاد سلول های با کارایی بالا برای تولید برق در مقیاس بزرگ.

گلدمن می گوید: "اساسا این ما را قادر می سازد تا این نیمه هادی ها را با کمترین اسپری های اتمی بسازیم و هر کدام می تواند به میزان قابل توجهی ارزان تر باشد." "در جهان تولید، این نوع ساده سازی بسیار مهم است. این آلیاژهای جدید و دوگانه نیز پایدارتر هستند، که باعث می شود انعطاف پذیری بیشتری را برای سازندگان ایجاد کنند زیرا نیمه هادی ها از طریق فرآیند تولید حرکت می کنند. "

آلیاژ جدید در مقاله ای که در مجله چاپ شده است، دقیق است نامه فیزیک کاربردی. بنیاد ملی علوم و وزارت امور خارجه ایالات متحده، تحقیقات دانشجویی فارغ التحصیل علوم را پشتیبانی می کنند.

منبع: دانشگاه میشیگان

کتاب های مرتبط:

at InnerSelf Market و آمازون