شیشه با پوشش اکسید روی آلاییده‌شده با آلومینیوم (AZO)؛ نسل جدید محافظ تابشی پنل‌های خورشیدی فضایی

مقدمه: چالش تابش در پنل‌های خورشیدی فضایی

پنل‌های خورشیدی مورد استفاده در فضا، برخلاف سامانه‌های زمینی، به‌طور مداوم در معرض تابش‌های پرانرژی الکترونی و یونیزان قرار دارند. این تابش‌ها می‌توانند با ایجاد نقص‌های ساختاری در سلول خورشیدی، موجب افت راندمان، ناپایداری عملکرد و کاهش عمر مفید ماژول‌های فتوولتائیک فضایی شوند.

به همین دلیل، استفاده از شیشه‌های محافظ (Cover Glass) با قابلیت محافظت تابشی بالا، یکی از الزامات کلیدی در طراحی پنل‌های خورشیدی ماهواره‌ای و فضایی محسوب می‌شود. اخیراً، پژوهشگران کره‌جنوبی راهکار نوآورانه‌ای را معرفی کرده‌اند که می‌تواند تحولی در این حوزه ایجاد کند.

معرفی فناوری جدید: شیشه کوارتز با پوشش AZO

تیمی از پژوهشگران کره‌جنوبی به رهبری مؤسسه فناوری الکترونیک کره (KETI) موفق به توسعه شیشه‌ای شده‌اند که با استفاده از لایه نازک اکسید روی آلاییده‌شده با آلومینیوم (Aluminum-Doped Zinc Oxide – AZO)، توان محافظت مؤثرتری در برابر تابش الکترونی ارائه می‌دهد.

طبق گزارش منتشرشده در مجله معتبر RSC Advances، این شیشه پوشش‌داده‌شده می‌تواند به‌عنوان جایگزینی پیشرفته برای شیشه‌های فضایی سنتی آلاییده با سریم مورد استفاده قرار گیرد.

«نتایج ما نشان می‌دهد شیشه کوارتز پوشش‌داده‌شده با AZO می‌تواند به‌عنوان یک لایه محافظ تابشی مؤثر برای ماژول‌های خورشیدی فضایی عمل کند و دوام آن‌ها را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.»

— دکتر یونگ‌هوان لی، نویسنده مسئول پژوهش

چرا AZO؟ مزایای اکسید روی آلاییده‌شده با آلومینیوم

پژوهشگران در این پروژه، به‌جای استفاده از پوشش‌های رایج، سراغ اکسیدهای رسانای شفاف (TCO) رفتند و در نهایت AZO را به‌عنوان گزینه منتخب برگزیدند.

مهم‌ترین دلایل انتخاب AZO:

• ✅ شفافیت اپتیکی بالا (عدم کاهش عبور نور)
• ✅ رسانایی الکتریکی مناسب
• ✅ هزینه کمتر نسبت به مواد کمیاب
• ✅ قابلیت کاهش تجمع بارهای الکتریکی فضایی
• ✅ کاهش احتمال تخلیه الکترواستاتیکی (ESD)

یکی از نکات کلیدی این پژوهش آن است که پوشش AZO، علاوه بر محافظت تابشی، با تخلیه مؤثر بارهای الکتریکی انباشته‌شده، از ایجاد میدان‌های الکتریکی موضعی و تخلیه ناگهانی (ESD) جلوگیری می‌کند؛ مشکلی رایج در فضا.

مقایسه روش‌های پس‌پردازش لایه AZO

در این تحقیق، دو روش پس‌پردازش برای بهبود خواص لایه AZO مورد بررسی قرار گرفت:

1. تیمار فرابنفش (UV Treatment)
2. آنیل حرارتی (Thermal Annealing)

نمونه‌های بررسی‌شده:

• شیشه کوارتز بدون پوشش
• AZO بدون پس‌پردازش
• AZO تیمار شده با UV
• AZO آنیل حرارتی‌شده

نتایج کلیدی آزمایش‌ها:

• آنیل حرارتی:
  • حذف مؤثر ترکیبات آلی و حلال‌های باقی‌مانده
  • افزایش بلورینگی لایه AZO (تبدیل ساختار آمورف به کریستالی)
  • عملکرد بهتر در محافظت در برابر تابش الکترونی

عملکرد تابشی: نتایج آزمایش با پرتو الکترونی

برای ارزیابی عملکرد محافظتی، نمونه‌ها در معرض تابش الکترونی با شرایط زیر قرار گرفتند:

• انرژی الکترون: 1.2 MeV
• چگالی شار (Fluence):1×10151 \times 10^{15} 1×1015 تا 3×10153 \times 10^{15}3×1015 الکترون بر سانتی‌متر مربع

نتیجه بسیار مهم:

شیشه کوارتز پوشش‌داده‌شده با AZO آنیل‌شده حرارتی، عملکرد محافظتی به‌مراتب بهتر از شیشه کوارتز ساده نشان داد و میزان نفوذ و آسیب تابشی به‌طور محسوسی کاهش یافت.

تست عملی روی ماژول خورشیدی فضایی III-V

برای بررسی کاربرد واقعی، پژوهشگران این شیشه را در یک ماژول خورشیدی فضایی با سلول‌های III-V (فناوری 4G32C) و سطح 30 سانتی‌متر مربع به‌کار گرفتند.

نتایج پس از تابش الکترونی:

• ✅ ماژول با شیشه AZO:
  • افت راندمان تبدیل توان: 2.37٪
• ❌ ماژول با شیشه کوارتز معمولی:
  • افت راندمان تبدیل توان: 4.18٪

این اختلاف نشان می‌دهد که استفاده از AZO می‌تواند تقریباً 40٪ کاهش افت عملکرد را نسبت به شیشه‌های معمولی فراهم کند.

قابلیت تولید صنعتی و مقیاس‌پذیری

یکی از دغدغه‌های اصلی فناوری‌های پیشرفته فضایی، امکان تولید در مقیاس صنعتی است.

خبر خوب این‌که لایه AZO در این تحقیق با روش Spray Coating اعمال شده است.

مزایای روش اسپری:

• ✅ سازگار با پوشش‌دهی سطوح بزرگ
• ✅ یکنواختی بالا
• ✅ مناسب برای تولید انبوه
• ✅ هزینه کمتر نسبت به روش‌های خلأ

به گفته دکتر لی، این تیم موفق شده پوشش‌های یکنواختی روی شیشه‌هایی با ابعاد بیش از 30×30 سانتی‌متر ایجاد کند؛ ابعادی که کاملاً برای ماژول‌های فضایی کاربردی است.

آینده پنل‌های خورشیدی فضایی: سبک‌تر، منعطف‌تر، بادوام‌تر

گروه تحقیقاتی KETI هم‌اکنون روی نسل بعدی ماژول‌های فتوولتائیک فضایی تمرکز کرده است که اهداف زیر را دنبال می‌کنند:

• 🔹 کاهش وزن کلی ماژول
• 🔹 کاهش حجم برای پرتاب ارزان‌تر
• 🔹 افزایش انعطاف‌پذیری و قابلیت استقرار (Deployable)
• 🔹 استفاده از پوشش‌های مقاوم‌تر در برابر تابش

این ویژگی‌ها می‌توانند هزینه مأموریت‌های فضایی را به‌طور چشمگیری کاهش داده و بهره‌وری انرژی در مدار را افزایش دهند.

جمع‌بندی: چرا این فناوری مهم است؟

پوشش AZO روی شیشه کوارتز، ترکیبی از شفافیت اپتیکی، رسانایی الکتریکی و محافظت تابشی را ارائه می‌دهد؛ ویژگی‌هایی که آن را به یک گزینه بسیار جذاب برای پنل‌های خورشیدی فضایی نسل آینده تبدیل کرده‌اند.

مزایای کلیدی AZO برای فتوولتائیک فضایی:

• افزایش دوام و طول عمر پنل
• کاهش افت راندمان در شرایط تابشی سخت
• کاهش خطر تخلیه الکترواستاتیکی
• مناسب برای تولید انبوه
• پتانسیل استفاده در ماهواره‌ها، ایستگاه‌های فضایی و مأموریت‌های عمیق فضایی

نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو
منبع: مجله فتوولتائیک PV

یک تیم پژوهشی در هند روش جدیدی برای خنک‌سازی غیرفعال پنل‌های خورشیدی توسعه داده است که در آن از یک لایهٔ نازک و بدون حرکت آب دریا بر روی سطح ماژول استفاده می‌شود. آزمایش‌ها نشان داد که اگر ضخامت آب زیاد باشد، انتقال نور به‌شدت کاهش یافته و انرژی خروجی افت می‌کند، اما یک لایه ۵ میلی‌متری قادر است دمای پنل را کاهش داده و تولید انرژی روزانه را تا 8.86% افزایش دهد.

این تحقیق توسط پژوهشگران مؤسسه نفت و انرژی هند (IIPE) انجام و هدایت شده است.

ایده اصلی خنک‌سازی با لایه نازک آب دریا

به گفته نویسنده مسئول مقاله، دکتر H. Sharon:

«غوطه‌وری کامل یا جزئی ماژول‌های PV در آب می‌تواند موجب خوردگی فریم، آسیب به جعبه اتصال (Junction Box) و نیاز به حفاظت اضافی شود. بنابراین ما مفهومی ارائه می‌کنیم که در آن آب دریا تنها روی سطح ماژول قرار می‌گیرد، بدون آنکه فریم یا جعبه اتصال در آب غوطه‌ور شوند. همچنین هیچ‌گونه گردش آب استفاده نشده است. این روش ایمن، اقتصادی و کم‌تأثیر بر محیط‌زیست است.»

نحوه انجام آزمایش

این تیم پژوهشی یک ماژول پلی‌کریستال 10 وات با مساحت 0.105 متر مربع را مورد بررسی قرار داد. برای نگهداری آب، از چهار نوار شیشه‌ای شفاف (ضخامت 3 میلی‌متر، ارتفاع 3 سانتی‌متر) در اطراف ماژول استفاده شد تا فضایی به شکل مخزن کم‌عمق برای قرارگیری آب دریا ایجاد شود.

مشخصات آب دریا:

• شوری: 30 PPT
• pH: 8.04
• ضخامت لایه‌های مورد آزمایش: 30 میلی‌متر، 5 میلی‌متر و 4 میلی‌متر

آزمایش‌ها طی چهار روز متوالی در اکتبر 2023 انجام شد و هیچ پمپی مورد استفاده قرار نگرفت. آب دریا تنها یک‌بار در ابتدای هر روز به‌صورت دستی روی ماژول ریخته می‌شد و در پایان روز، باقی‌مانده آب تخلیه می‌گردید.

نتایج آزمایش برای ضخامت‌های مختلف

1) لایه 30 میلی‌متری – کاهش شدید راندمان

• کاهش 42.2% انرژی روزانه نسبت به ماژول مرجع

دلیل: این ضخامت زیاد نور را عبور نمی‌دهد و مانند یک فیلتر نوری عمل می‌کند.

2) لایه 5 میلی‌متری – بهترین عملکرد

• افزایش تولید انرژی: 8.86% تا 2.57%
• کاهش دمای کاری ماژول: 8 تا 10 درجه سانتی‌گراد

این ضخامت از یک طرف مانع عبور نور نمی‌شود و از طرف دیگر تبخیر کافی برای خنک‌سازی ایجاد می‌کند.

3) لایه 4 میلی‌متری – مشکل رسوب نمک

به دلیل تبخیر سریع (رطوبت نسبی پایین + سرعت باد بالا)، نشستن نمک روی سطح پنل باعث افت 12.14% انرژی روزانه شد.

نتیجه: 4 میلی‌متر بسیار خشک‌شونده است و رسوب نمک را تشدید می‌کند.

1) مشکل رسوب نمک دقیقاً چه بود؟

• ضخامت لایه آب: 4 میلی‌متر
• شرایط محیطی:
  • رطوبت نسبی پایین
  • وزش باد ملایم
• نتیجه:
  • تبخیر سریع آب → باقی‌ماندن نمک روی سطح شیشه و سلول
  • ایجاد لایه نیمه‌مات → کاهش شدت نور ورودی → افت تولید انرژی
• افت انرژی روزانه: 12.14% نسبت به ماژول مرجع
• ماهیت مشکل: Optical Loss + Surface Fouling

2) چرا رسوب نمک فقط در 4 میلی‌متر اتفاق افتاد؟

• در ضخامت 4 mm حجم آب کم است →
  • سرعت تبخیر بسیار بیشتر نسبت به لایه ضخیم‌تر
  • سرعت افزایش غلظت نمک زیاد
  • پس از چند ساعت، نمک شروع به کریستالیزه شدن روی شیشه می‌کند

به‌عبارت علمی، EVR (Evaporation Rate) > Dilution Capacity → Fouling

3) چگونه مشکل حل شد؟ (راه‌حل نهایی پژوهش)

راه‌حل تجربی: انتخاب ضخامت 5 میلی‌متر

پژوهشگران با افزایش ضخامت لایه به 5 mm به یک نقطه تعادل رسیدند:

• کاهش دما: 7.6 تا 10.0°C
• افزایش انرژی روزانه: 8.86%
• رسوب نمک: تقریباً صفر

چرا 5 میلی‌متر مشکل را حل کرد؟

• حجم آب بیشتر → تبخیر کندتر
• نمک در آب حل‌شده باقی می‌ماند و روی سطح کریستال نمی‌شود
• شیشه شفاف می‌ماند → عبور نور پایدار

نتیجه: 5 میلی‌متر بهترین Trade-off بین «خنک‌سازی» و «عدم ایجاد رسوب نمک» بود.

4) آیا راه‌حل‌های دیگری هم وجود دارد؟

در مقاله اصلی تنها راه‌حل واقعی تنظیم ضخامت لایه آب بوده.

اما به‌صورت مهندسی، گزینه‌های مکمل نیز قابل‌تصور هستند:

• استفاده از پوشش هیدروفوبیک/آنتی‌فولینگ روی شیشه
• افزودن جریان بسیار کم آب (اما پژوهش تأکید کرد که «بدون پمپ» می‌خواهند)
• استفاده از پیش‌فیلتر ساده نمکی (در پروژه لحاظ نشده)
• کنترل ضخامت به‌صورت دینامیک با یک شناور ساده

اما در تحقیق واقعی:

راه‌حل نهایی = ثابت نگه‌داشتن لایه آب روی 5 mm

جمع‌بندی علمی

• لایه چند میلی‌متری (بهینه ≈ 5 mm) بهترین عملکرد را در خنک‌سازی غیرفعال دارد.
• ضخامت زیاد (30 mm) انتقال نور را مختل می‌کند.
• ضخامت کم (4 mm) تبخیر بیش از حد و رسوب نمک ایجاد می‌کند.
• این روش بدون پمپ، بدون برق، ارزان و قابل اجرا در مناطق ساحلی است.

پژوهشگران اعلام کرده‌اند که قصد دارند آزمایش‌های بیشتری در شرایط اقلیمی متفاوت، با شوری‌های مختلف و ضخامت‌های جدید انجام دهند تا بتوانند برآورد دقیق‌تری از عملکرد سالانه این فناوری ارائه دهند.

این تحقیق با عنوان:

“Photovoltaic module cooling with still seawater layer – Experimental study”

در مجله Unconventional Resources منتشر شده است.

در این پروژه، پژوهشگرانی از:

• مؤسسه نفت و انرژی هند IIPE
• دانشگاه Andhra (هند)
• دانشگاه Jaén (اسپانیا)

شرکت داشته‌اند.  

نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو
منبع: مجله فتوولتائیک PV

چین در جدیدترین گزارش اداره ملی انرژی (NEA) بار دیگر برتری خود در صنعت فتوولتائیک را تثبیت کرد. بر اساس آمار منتشرشده، این کشور از ژانویه تا اکتبر ۲۰۲۵ توانسته است ۲۵۲٫۸۷ گیگاوات ظرفیت جدید انرژی خورشیدی نصب کند؛ رقمی که نسبت به مدت مشابه سال ۲۰۲۴ بیش از ۳۰ درصد رشد داشته و یک رکورد بی‌سابقه در تاریخ انرژی خورشیدی جهان به شمار می‌رود.

نصب خورشیدی بر اساس نوع پروژه 

پروژه‌های مقیاس بزرگ (utility‑scale)

۱۵۵٫۷۱ گیگاوات از ظرفیت جدید مربوط به نیروگاه‌های مقیاس بزرگ است؛ پروژه‌هایی که نقش اساسی در توسعه شبکه برق ملی چین دارند.

خورشیدی توزیع‌شده (Distributed PV)

۹۷٫۱۶ گیگاوات نیز از بخش خورشیدی پشت‌بامی تجاری، صنعتی و مسکونی تأمین شده است. این بخش با رشد شدید تقاضا در صنایع C&I سهم قابل توجهی در افزایش ظرفیت کشور داشته است.

تا پایان اکتبر ۲۰۲۵، ظرفیت تجمعی فتوولتائیک چین به ۸۵۴ گیگاوات رسیده و این کشور را با فاصله زیاد در جایگاه نخست جهان تثبیت کرده است.

سهم خورشیدی در تولید برق جدید چین 

در ده ماه نخست ۲۰۲۵، کل ظرفیت نیروگاهی جدید چین ۲۶۷٫۶۳ گیگاوات بوده که خورشیدی به تنهایی ۹۴٫۵ درصد از آن را تشکیل می‌دهد. این نسبت نشان‌دهنده تحول راهبردی چین از سوخت‌های فسیلی به انرژی‌های پاک است.

در مقابل، ظرفیت جدید باد تنها ۱۱٫۶۳ گیگاوات گزارش شده است.

تولید برق خورشیدی کشور نیز با رشد ۳۸٫۹ درصدی به ۴۳۴٫۱ میلیارد کیلووات‌ساعت رسیده است.

وضعیت زنجیره تأمین فتوولتائیک چین

چین در زنجیره تأمین PV نیز عملکردی خارق‌العاده ثبت کرده است:

• تولید پلی‌سیلیکون: ۱٫۵۸ میلیون تن (رشد ۲۸٫۷٪)

• تولید ویفر: ۶۳۵ گیگاوات معادل

• تولید سلول خورشیدی: ۵۸۰ گیگاوات

• تولید ماژول خورشیدی: ۵۷۵ گیگاوات (رشد ~۳۵٪)

برای مقایسه، تنها در ده ماه نخست سال ۲۰۲۵، چین بیش از دو برابر ظرفیت تجمعی کل خورشیدی آلمان (حدود ۹۰ گیگاوات) ماژول خورشیدی تولید کرده است؛ موضوعی که برتری مطلق این کشور در مقیاس تولید جهانی را نشان می‌دهد.

جمع‌بندی

آمارهای سال ۲۰۲۵ نشان می‌دهد که چین نه‌تنها بزرگ‌ترین بازار نصب نیروگاه خورشیدی در جهان است، بلکه در زنجیره تأمین نیز به قدرتی بی‌رقیب تبدیل شده است. رشد مداوم پروژه‌های مقیاس بزرگ، انفجار در بخش خورشیدی توزیع‌شده، و جهش ظرفیت تولید ماژول‌ها چین را به موتور محرک توسعه جهانی انرژی خورشیدی تبدیل کرده است.

منبع: pv magazine