ابداع یک روش ژنتیکی برای بهبود اثربخشی سلول‌های خورشیدی آلی

۰۹ام بهمن ،

به گزارش خبرگزاری مهر، در حالی که انرژی خورشیدی نامحدود است اما دستیابی به برق با سلول‌های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی امروزی، بسیار پرهزینه و حدود ۱۰ برابر گران‌تر از زغال است.

سلول‌های خورشیدی آلی، سلول‌های خورشیدی پلیمری می باشند که از مواد آلی برای جذب نور استفاده و آن را به برق تبدیل می‌کنند. این سلول‌ها می‌توانند یک راه حل باشند اما این پلیمرها خواص الکتریکی کمتر بهینه سازی شده‌ای دارند.

پژوهشگران به جای تلاش برای افزایش اثربخشی با تغییر ضخامت لایه پلیمری سلول‌های خورشیدی، در پی طراحی الگوی هندسی از پراکندگی لایه برای افزایش میزان زمانی که نور تابیده شده داخل سلول باقی بماند، برآمدند.

محققان با استفاده از یک الگوریتم ریاضی جستجوگر بر پایه تکامل طبیعت، به الگوی هندسی خاص برای بهینه سازی گیر انداختن و حفظ نور در سلول‌های خورشیدی آلی نازک رسیدند.

طرح به دست آمده یک افزایش سه برابری را نسبت به حد یابلونوویچ نشان می‌دهد. حد یابلونوویچ حد ترمودینامیکی ارائه شده در ۱۹۸۰ است که به طور آماری مدت زمانی را که یک فوتون می‌تواند در یک نیمه رسانا باقی بماند، توصیف می‌کند.

در این سلول‌های خورشیدی آلی تازه طراحی شده، نور اول به یک لایه پراکنده کننده  با ضخامت ۱۰۰ نانومتر وارد می‌شود، یک لایه دارای الگوی هندسی عایق برای افزایش میزان نور انتقال یافته به سلول طراحی شده است. سپس این نور به یک لایه فعال که در آنجا نور به برق تبدیل می‌شود انتقال داده می‌شود.

چنگ سون استادیار مهندسی مکانیک دانشکده مهندسی و علوم کاربردی مک کورمیک در دانشگاه نیوسوترن گفت: می‌خواستیم این هندسه را برای لایه پراکنده کننده که می‌تواند عملکرد بهینه برای سلول‌های خورشیدی در پی داشته باشد، تعیین کنیم. اما با احتمالات بسیار بسیار، دشوار بود بدانیم که باید از کجا آغاز کنیم از این رو به قوانین انتخاب طبیعت نگاه کرده و از آن راهنمایی گرفتیم.

آنها  از یک الگوریتم ژنتیکی– یک فرایند جستجو که فرایند طبیعی تکامل را تقلید می‌کند- استفاده کردند.

چنگ افزود: به خاطر رفتار بسیار غیرخطی و نامنظم این سیستم باید از یک راهبرد هوشمند برای یافتن یک راه حل بهینه استفاده کرد. راهبرد ما بر اساس فرایند تکامل زیست شناختی بقای بهترین‌ها است.

محققان کار را با ۱۲ عنصر طراحی تصادفی آغاز کرده و سپس آنها را با هم تلفیق کرده و نسل‌های بعدی را برای تعیین میزان عملکرد حفظ نور بررسی کردند. این فرایند در مورد بیش از ۲۰ نسل انجام و همچنین برای اصول تکامل دو رگه و جهش ژنتیکی محاسبه شد.

الگوی به دست آمده قرار است با همکاری ازمایشگاه ملی آرگون ساخته شود. نتایج این تحقیقات درنشریه Natureمنتشر شده است.


MehrNews Rss Feed
باز بازنشر: پورتال خبری ممتاز نیوز www.momtaznews.com

نظرتان را در مورد مطلب فوق بنویسید. نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.