تحولی نو در ساخت پنل های خورشیدی

solar-panels

استخراج دوباره نقره از پنل‌های خورشیدی

یک راه کارآمد برای استخراج نقره از پنل‌های خورشیدی کهنه تدبیر شده است که کمک می‌کند این فلز با ارزش دوباره در پنل‌های خورشیدی جدید و نیز وسایل زیست‌پزشکی و دیگر کاربردها مورد استفاده قرار گیرد.
در یک پنل خورشیدی در ابعاد دو متر مربع، حدود ۲۰ گرم نقره به کار می‌رود. با توجه به هزینه بالا و تقاضای زیاد برای نقره به‌ویژه در بازار رو به گسترش پنل‌های خورشیدی، اهمیت این فلز دوچندان شده و لازم است از هدر رفتن آن جلوگیری شود .
در ساخت پنل‌های خورشیدی، از خمیر نقره استفاد می‌شود. به کمک تکنیک screen printingو دمای بالا خطوط نقره بسیار نازکی شکل می‌گیرند که ما روی سطح سلول‌های صفحه‌های فتوولتاییک می‌بینیم. به منظور جدا کردن نقره از سلول‌های خورشیدی، فرایندی به نام کند و سوز لیزری(laser ablation)روی سلول‌ها اِعمال می‌شود. پرتو لیزر اتصالات الکتریکی نقره را به نانوذرات تبدیل می‌کند. این نقره پس از استخراج، باید مرحله پالایش را پشت سر بگذارد تا دوباره روی ماژول‌های سیلیکونی به‌کار رود. همچنین می‌توان آن را برای موارد استفاده دیگر، مثل ساخت حسگر و تصویربرداری تصفیه کرد و به درجه خلوص رساند .
نانوذرات نقره کاربرد بسیار گسترده‌ای دارند. سالانه بیش از ۵۰۰ تُن نانوذره تولید می‌شود.
*
افزایش قیمت و دسترسی اندک به مواد اولیه، به‌ویژه نقره، هزینه ساخت ماژول‌های فتوولتاییک را بالا برده‌اند. وقتی صحبت از تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر به میان می‌آید، پنل‌های خورشیدی که نام‌های دیگری مثل فتوولتاییک و سولار نیز دارند، حرف نخست را می‌زنند. سلول‌های خورشیدی مدرن که با «اتصال ناهمگون» ساخته می‌شوند، تأثیر کربن کمی دارند؛ یعنی میزان آلایندگی آنها پایین است. دلیل آن استفاده از مقدار کم سیلیکون هنگام ساخت است. از لحاظ تولید صنعتی نیز بالاترین سطح کارایی را دارند. در نتیجه، امکان این که این فناوری به یک استاندارد تبدیل شود بسیار زیاد است. آمار و ارقام اهمیت روزافزون پنل‌های خورشیدی را بهتر نشان می‌دهند. بر اساس آمار «آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر» (IRENA)، در سال ۲۰۱۲ صفحه‌های فتوولتاییک سراسر دنیا بیش از ۹۶ تراوات ساعت(TWh) انرژی الکتریکی تولید کردند. این میزان در سال ۲۰۲۰ به ۸۳۱ تراوات ساعت رسید.
این‌ها بدون شک نشان‌دهنده سرحد آن چیزی است که صفحه‌های فتوولتاییک عرضه می‌کنند. در ساخت نوارهای فلزی و اتصالات روی سلول‌های خورشیدی از فلز با ارزش نقره استفاده می‌شود. نوارها و اتصالات، جریان الکتریسیته تولید‌شده در لایه سیلیکونی را از طریق تابش خورشید منتقل می‌کنند. قیمت این فلز مفید و ارزشمند همچنان بالا می‌رود. اکنون نقره ۱۰ درصد از هزینه ساخت یک ماژول فتوولتاییک را به خود اختصاص داده است. به علاوه، فقط مقدار محدودی از این فلز در زمین موجود است. صنعت انرژی خورشیدی ۱۵ درصد از تمامی نقره‌ای که از معادن به‌دست می‌آید را پردازش کرده و مورد استفاده قرار می‌دهد اما به دلیل توسعه سریع این صنعت، درصد نقره مورد نیاز نیز با شتاب سیری صعودی را طی می‌کند. این روند دوام نخواهد یافت؛ چون بخش‌های دیگر مثل حمل و نقل برقی و فناوری ۵G اعلام کرده‌اند که در آینده مصرف نقره آنها نیز افزایش خواهد یافت. از این رو است که صنعت انرژی خورشیدی نیازمند ابتکارهای فناورانه‌ای است که پیشرفت و بهبود شرایط را به همراه داشته باشند تا به بهترین نحو از سلول‌های خورشیدی بهره‌برداری شود.
مس برای اتصالات سلول خورشیدی
پژوهشگران سازمان سیستم‌های انرژی خورشیدی «فراونهوفر» در آلمان این چالش را به اجرا درآورده‌اند. این ارگان بزرگ‌ترین مؤسسه پژوهش‌های خورشیدی اروپا است. تیمی از پژوهشگران یک روش آبکاری برای فناوری اتصال ناهمگون ابداع کرده‌اند تا از این طریق مس را جایگزین نقره کنند. مس چندین برابر ارزان‌تر از نقره است و دسترسی به آن بسیار آسان‌تر است.
برای این که سطح رسانای الکتریکی سلول خورشیدی به‌طور کامل با مس آبکاری نشود؛ یعنی روکش مس روی سراسر آن قرار نگیرد، لازم است بخش‌هایی که نیاز به پوشش مسی ندارند عایق شوند تا در تماس با این فلز قرار نگیرند. این نواحی در عوض با پوششی اندود می‌شوند که اثر عایق الکتریکی را دارند. به این طریق، از آبکاری شدن آنها جلوگیری می‌شود و لایه مس فقط روی بخش‌هایی می‌نشیند که عایق‌کاری نشده‌اند.
حذف نیاز به فلز گران‌قیمتی مثل نقره طی یک فرایند آبکاری ویژه، امکان استفاده از مس به جای نقره در میله‌ها و اتصالات را ممکن می‌کند. این ابتکار علاوه بر جلوگیری از مصرف ذخایر نقره، قابلیت رسانایی را نیز افزایش می‌دهد. خطوط اتصال مسی بسیار باریک هستند و به دلیل عرض بسیار کم خطوط مس که تنها ۱۹ میکرومتر است، لایه سیلیکونی جاذب نور کمتر از زمانی که از خطوط نقره استفاده می‌شود در معرض سایه‌زنی(shading) قرار می‌گیرد. این ویژگی در کنار رسانایی بالای مس که آبکاری الکتریکی شده، بازده الکتریسیته را بالا می‌برد.
این پژوهشگران تحول قابل‌توجه دیگری نیز ایجاد کرده‌اند: تا به امروز، در این صنعت از لاک الکل پلیمری یا فلز ورقه‌شده برای پوشاندن ویفر (زیرلایه) سیلیکونی استفاده می‌شد. رهایی از پلیمرها به طرزی مناسب، فرایند پرهزینه‌ای است که مقدار زیادی زباله تولید می‌کند. آنها توانسته‌اند آلومینیوم را جایگزین این پلیمرها کنند. آلومینیوم نیز مانند مس به طور کامل قابل بازیافت است. این جایگزینی دوگانه، یعنی مس به جای نقره و آلومینیوم به جای پلیمر یک مزیت دوجانبه دارد: ساخت سلول‌های خورشیدی نه فقط به اقدامی پایدارتر تبدیل می‌شود، بلکه به طرز چشمگیری ارزان‌تر تمام می‌شود .
دستاورد فناورانه دوم تیم پژوهشی، استفاده از آلومینیوم به عنوان لایه پوشاننده است. اما اِشکال کار در این است که آلومینیوم ماهیت رسانایی الکتریکی دارد که در نگاه نخست نمی‌تواند نقش پوشش عایق را ایفا کند. آلومینیوم این قابلیت را دارد که یک لایه اکسید عایق روی سطح خود تشکیل دهد، اما این لایه فقط چند نانومتر ضخامت دارد. پژوهشگران پارامترهای این فرایند را به کار گرفتند و نوعی الکترولیت ساختند که تضمین می‌کند لایه آلومینیومی بسیار نازک اکسیدی می‌تواند به خوبی نقش عایق را ایفا کند.
مس و آلومینیوم هر دو مواد قابل بازیافت هستند، بنابراین می‌توانند تولید سلول‌ها و پنل‌های خورشیدی را هرچه بیشتر به اقتصاد دورانی نزدیک کنند و استانداردهای زیست‌محیطی و اجتماعی را ارتقاء دهند. به دلیل زیاد بودن ذخایر مس، زنجیره‌های تأمین بسیار کوتاه می‌شوند و وابستگی قیمت آن به بازارهای بین‌المللی مواد خام یا تأمین‌کننده‌های خارجی کم می‌شود.
برای این که این فناوری امیدوارکننده سریع‌تر وارد بازار شود، پژوهشگران محصول اولیه‌ای به نامPV2+ را عرضه کردند. دو حرفP و V نمایانگر واژه فتوولتاییک هستند و ۲+ نشان‌دهنده بار الکتریکی مثبت دوتایی یون‌های مس در ماده آبکاری است.
سلول‌های خورشیدی که با این نوآوری ساخته می‌شوند، مسیر را برای رسیدن به منبع برقی که مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر باشد هموار می‌کند.

منبع

About the Author

0 0 رای ها
Article Rating
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 Comments
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها

You may also like these