پژوهشگر ايراني دانشگاه «واترلو» كانادا با بهره‌گيري از تكنيك نوين سيليكون‌هاي كروي موفق به افزايش بازده سلول‌هاي خورشيدي شد.
به گزارش خبرنگار «پژوهشي» خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا)، مجيد غرقي، دانشجوي دكتري الكترونيك دانشگاه «واترلو» و همكارانش در تلاشند با بهره‌گيري از تكنيك نامتعارف سيليكون‌هاي كروي به جاي تكنيك‌هاي متداول ساخت نيمه هادي‌ها كه مبتني بر سيليكون ورقه‌يي است هزينه‌هاي توليد سلول‌هاي خورشيدي را به نحوي كاهش دهند كه بهره‌گيري از منابع انرژي خورشيدي اقتصادي و مقرون به صرفه شود.
غرقي كه به دليل تحقيقاتش در زمينه سلول‌هاي خورشيدي موفق به دريافت جايزه يادبود دكتر «چندرشكر» (Dr.M.Chandrashekar Memorial Award in Sustainable Energy) دانشگاه واترلو در سال 2005 شده است، در گفت‌وگويي تلفني با خبرنگار پژوهشي ايسنا درباره فعاليت‌هاي تحقيقاتيش اظهار داشت: موضوع تحقيقات من مربوط به ساخت نوعي ديود (سلول خورشيدي) است كه بر خلاف سلول‌هاي خورشيدي و ساير قطعات ميكروالكترونيك معمولي كه بر روي سيليكون مسطح (ورقه‌يي) ساخته مي‌شوند در ساخت آن از كره‌هاي بسيار ريز ــ نيم ميليمتري ــ سيليكوني استفاده مي‌شود. علت استفاده از اين فن آوري، هزينه‌هاي سنگين ورقه‌هاي سيليكوني است كه براي استفاده در سلول‌هاي خورشيدي چندان مقرون به صرفه نيست.
وي خاطر نشان كرد: در اين روش سيليكون به صورت كره‌هاي بسيار ريز در آمده و داخل فويل‌هاي آلومينيومي جاسازي مي‌شود و سپس از آن در ساخت سلول‌هاي خورشيدي استفاده مي‌شود.
مزيت كره‌هاي سيليكوني حاصل، قيمت كمتر، سبكي و انعطاف ناپذيري بالاي آن در مقايسه با ويفرهاي سيليكوني شكننده رايج است.
غرقي با اشاره به ساختار سلول‌هاي خورشيدي كه به مثابه نوعي ديود با قابليت توليد الكتريسته تحت نور خورشيد هستند، اظهار داشت: براي ساخت سلول‌هاي خورشيدي با استفاده از سيليكون كروي، كره‌ها را طوري قرار مي‌دهند كه لايه بيروني آنها به عنوان كاتد و لايه داخلي به عنوان آند عمل مي‌كند.
اين كره‌ها از يك طرف مقداري صاف مي‌شوند يعني مقداري از كاتد با ساييدن يا انحلال شيميايي زدوده مي‌شود تا دسترسي به آند فراهم شود ولي همه كاتدها به يك فويل و آندها به يك فويل ديگر كه با يك لايه بسيار نازك عايق از آن جدا شده متصل مي‌شوند. اين مجموعه همانند يك‌سري باتري بسيار ريز موازي عمل مي‌كند كه در اثر برخورد با نور خورشيد جرياني كلي به ما مي‌دهد.
وي در ادامه درباره فن آوري كره‌هاي سيليكوني كه در اين طرح استفاده مي‌شود به ايسنا گفت: كاربرد كره‌هاي سيليكون فن آوري بسيار خاصي است كه حدود 15 سال پيش توسط يك شركت ميكروالكترونيك آمريكا ابداع شد ولي با توجه به هزينه بر بودن اين تكنيك كه در راستاي فعاليت‌هاي اصلي آن شركت نيز نبود، اقدام چنداني براي استفاده از آن نشد تا چند سال پيش كه امتياز اين فن آوري به يك شركت آلماني مستقر در كانادا واگذار شد و متخصصان اين شركت كه زمينه فعاليت آن كنترل و اتوماسيون بود توانستند قطر كره‌ها و استفاده از آنها را كه مستلزم دقت و كنترل بالا بود به خوبي انجام داده و خط توليد اين محصول را راه‌اندازي كردند.
غرقي تصريح كرد: واحدي از اين شركت كه اختصاص در زمينه اين فن آوري كار مي‌كند، شريك صنعتي تحقيقات ماست و در تلاشيم با همكاري شركت زمينه ساخت اين كره‌هاي سيليكوني را در دانشگاه واترلو فراهم كنيم تا بتوانيم از كاربردهاي متنوع آن در سلولهاي خورشيدي و ساير تجهيزات استفاده كرده و فرايند توليد آنها را هر چه اقتصادي‌تر كنيم.
وي درباره نحوه ساخت كره‌هاي سيليكوني گفت: اين كره‌ها با ذوب كردن سيليكون ساخته مي‌شود ــ سيليكون مذاب همانند جيوه حالت كروي دارد - البته ژاپني‌ها هم كه تحقيقاتي در اين زمينه دارند، از روش ديگري براي ساخت كره‌هاي سيليكوني استفاده مي‌كنند كه مشابه روش ساخت ساچمه است بدين صورت كه يك قطره سيليكون مذاب را از برجي بسيار بلند كه حاوي نيتروژن است رها مي‌كنند كه سيليكون در حين سقوط سرد شده و به شكل كره در مي‌آيد. كره‌هاي سيليكوني ساخته شده به اين روش خواص متفاوت با كره‌هاي ما دارند.
پژوهشگر ايراني دانشگاه واترلو درباره نقش خود در اين طرح و تحقيقات صورت گرفته در اين زمينه به ايسنا گفت: ما يك گروه چند نفره هستيم كه در زمينه سلول‌هاي خورشيدي در دانشگاه كار مي‌كنيم و هر كدام بخشي از تحقيقات را بر عهده داريم و من تنها عضو گروه هستم كه در زمينه اين تكنولوژي خاص كه البته قبلا ابداع شده و در مرحله بهسازي و افزايش بازدهي است متمركز شده‌ام.
تلاش ما اين است كه با بررسي علمي تكنيك‌هاي نانو فن آوري كه مستقيما با اين فن‌آوري ارتباط ندارند آنها را در اين تكنيك بديع كه در سطح صاف نيست به كار بگيريم.
وي خاطر نشان كرد: طي اين تحقيقات در مرحله اول، مدل رايانه‌يي وسيله كروي را طراحي كرده و در ادامه در زمينه بهبود سطح خارجي سلول‌هاي خورشيدي ساخته شده با اين كره‌ها كه نقش شاياني در افزايش بازدهي آنها دارد، كار كرديم. همچنين تحقيقاتي در زمينه خالص سازي مواد داريم كه هدف نهايي همه اين تحقيقات افزايش بازده انرژي سلولهاي خورشيدي است كه سعي داريم در كنار كاهش قيمت تمام شده آنها حتي الامكان بازدهشان را افزايش دهيم.
غرقي درباره دستاوردهاي حاصل شده در اين تحقيقات به ايسنا گفت: با كارهاي انجام شده در زمينه اصلاح سطح موفق شديم بازده مطلق سلول‌هاي خورشيدي را كه به طور معمول بين 10 تا 20 درصد است حدود 1 درصد افزايش دهيم. كساني كه در زمينه سلول‌هاي خورشيدي كار مي‌كنند مي‌دانند كه 2 درصد افزايش در بازده سلول‌هاي خورشيدي مي‌تواند انقلابي در اين تكنولوژي و خط توليد محصولات آن ايجاد كند؛ لذا اين افزايش 1 درصدي موفقيت خوبي است كه تلاش مي‌كنيم با تحقيقات بيشتر و بهسازي سطح، بازده سلول‌ها را هر چه بيشتر افزايش دهيم.
اين دانشجوي ايراني با بيان اين كه توليد الكتريسيته با سلول‌هاي خورشيدي متعارف - با بازده حدود 15 درصد - هم تنها در صورتي كه قيمت نفت به حدود بشكه‌اي 100 دلار برسد، مقرون به صرفه خواهد بود، خاطر نشان كرد: حداكثر بازده بهترين سلول‌هاي خورشيدي سيليكوني موجود در نمونه‌هاي نادر آزمايشگاهي حدود 24 درصد و بازده نمونه‌هاي تجاري اين سلول‌ها حدود 16 درصد است.
بازده سلول‌هاي خورشيدي كه به روش جديد ساخته مي‌شوند، حدود 5، 6 درصد كمتر است ولي قيمت آنها نيز حدود 50 درصد كمتر است؛ بنابراين اگر بازده اين سلول‌هاي خورشيدي 2، 3 درصد افزايش يافته و به حدود 13 درصد كه ميزاني قابل مقايسه با سلول‌هاي خورشيدي ساخته شده با تكنيك‌هاي موجود است برسد، به دليل قيمت بسيار كمتر به شدت بازار را در اختيار مي‌گيرد.
به گزارش ايسنا، مجيد غرقي كه متولد 1356 تهران است، پس از پايان تحصيلات متوسطه در دبيرستان استعدادهاي درخشان علامه حلي تهران، در سال 74 با رتبه پنج وارد دانشگاه شده و تحصيلات كارشناسي و كارشناسي ارشد را در رشته الكترونيك در دانشگاه صنعتي شريف به پايان برده و از سال 81 (2003) به عنوان دانشجوي دكتري در رشته الكترونيك در دانشگاه واترلو كانادا تحصيل مي‌كند.
كسب «اسكولارشيپ» تحصيلي دانشگاه واترلو، جايزه يادبود دكتر Chandrashekar دانشگاه واترلو (2005-2006) و جايزه برتر Sandford Fleming Foundation (سال 2005) از جمله جوايز و افتخارات علمي اين پژوهشگر جوان ايراني است.