رکورد جدیدی در ساخت سلول خورشیدی پروسکایتی
دانشمندان رکورد جدیدی در پایداری سلولهای خورشیدی پروسکایتی با بازده بالا ثبت کردند.
دانشمندان نوع جدیدی از سلول خورشیدی پروسکایتی را توسعه دادهاند که بازده تبدیل انرژی بالا را با دوام طولانیمدت ترکیب میکند، دستاوردی که میتواند گام مهمی در مسیر تولید انرژی خورشیدی ارزانتر و قدرتمندتر باشد.
این سلول خورشیدی جدید طراحی شده پژوهشگران مرکز هلمهولتز برلین (HZB) آلمان به بازده تبدیل انرژی ۲۷.۳ درصدی دست یافت و پس از ۷۷۰ ساعت کارکرد مداوم، همچنان بیش از ۹۰ درصد از عملکرد اولیه خود را حفظ کرد.
مواد پروسکایتی طی سالهای اخیر به دلیل قابلیت چشمگیر در تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته، به یکی از حوزههای مورد توجه پژوهشگران در سراسر جهان تبدیل شدهاند. علاوه بر این، تولید آنها در مقایسه با سلولهای خورشیدی سیلیکونی رایج، هزینه کمتری دارد و وزن بسیار سبکی دارند. این ویژگیها، پروسکایتها را به گزینهای امیدوارکننده برای کاربردهای آینده، ازجمله پنلهای خورشیدی انعطافپذیر قابل استفاده روی ساختمانها، خودروها و دستگاههای الکترونیکی قابل حمل تبدیل کرده است.
برخلاف سلولهای خورشیدی معمولی که فقط از یک لایه جذبکننده نور استفاده میکنند، پژوهشگران مرکز هلمهولتز برلین، سلول خورشیدی طراحی کردند که از سه لایه مختلف پروسکایتی روی هم تشکیل شده است. هر یک از این لایهها برای جذب بخش متفاوتی از طیف نور خورشید طراحی شدهاند. به همین دلیل، این ساختار میتواند انرژی بیشتری از نور خورشید جذب کرده و برق بیشتری نسبت به سلولهای تکلایه تولید کند.
البته ساخت چنین ساختار پیچیدهای کار سادهای نیست، زیرا همه لایهها باید بهطور کاملا هماهنگ با یکدیگر عمل کنند. یکی از مهمترین چالشها، ایجاد اتصال مناسب میان لایه میانی و لایه پایینی است که بارهای الکتریکی باید بدون اتلاف انرژی بهراحتی جابهجا شوند.
در بسیاری از سلولهای خورشیدی پروسکایتی از مادهای به نام «پلی(۳,۴-اتیلندیاکسیتیوفن) -پلی(استایرنسولفونات)» (PEDOT:PSS) برای انتقال بارهای الکتریکی مثبت استفاده میشود، اما این ماده با جذب بخشی از نور خورشید، میزان نوری که میتواند به برق تبدیل شود را کاهش میدهد و همچنین دوام و پایداری طولانیمدت سلول را نیز تحت تاثیر قرار میدهد.
برای حل این مشکل، دانشمندان از ترکیب جدیدی از مواد استفاده کردند. آنان یک لایه بسیار نازک از اکسید گرافن را در زیر یک تکلایه خودآرا (SAM) قرار دادند. تکلایههای خودآرا از مولکولهای آلی بزرگی تشکیل شدهاند که بهطور طبیعی در قالب یک لایه منظم و یکنواخت روی سطح قرار میگیرند.
نتایج نشان داد، لایه اکسید گرافن سطح بسیار مناسبتری برای قرارگیری تکلایههای خودآرا فراهم میکند. این دو لایه در کنار هم مسیر موثرتری برای انتقال بارهای الکتریکی درون سلول خورشیدی ایجاد کردند و همزمان میزان اتلاف انرژی در داخل سلول را کاهش دادند.
عملکرد این سلول خورشیدی بسیار چشمگیر بود. این فناوری به بازده ۲۷.۳ درصدی دست یافت و به یکی از کارآمدترین سلولهای خورشیدی پروسکایتی سه لایه تمامپروسکایتی که تاکنون گزارش شدهاند، تبدیل شد.
نکته مهمتر اینکه این سلول از دوام بسیار بالایی نیز برخوردار بود. پس از بیش از ۷۷۰ ساعت کارکرد مداوم، بیش از ۹۰ درصد از بازده اولیه خود را حفظ کرد و رکورد جدیدی از نظر پایداری برای این نوع سلولهای خورشیدی به ثبت رساند.
اعضای گروه پژوهشی معتقدند که این پیشرفت، فقط آغاز راه است. به گفته آنان، با بهبود بیشتر کیفیت لایههای پروسکایتی و لایههای رابط میان آنها، نسلهای آینده این فناوری میتوانند به بازدهی بیش از ۳۰ درصد دست یابند.
تک نیوز گزارش کرد، هرچند هنوز برای تجاریسازی این سلولهای خورشیدی به تحقیقات بیشتری نیاز است، اما نتایج کنونی نشان میدهد، فناوری پروسکایت با سرعت زیادی در حال پیشرفت است. بازده بالاتر، هزینه تولید کمتر، وزن سبکتر و دوام بیشتر میتواند این نسل جدید از سلولهای خورشیدی را به یکی از فناوریهای کلیدی در گسترش انرژی پاک و کاهش وابستگی جهان به سوختهای فسیلی تبدیل کند.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Joule منتشر شده است.
نظر شما