ساخت سلول خورشیدی با دوام بسیار بالا

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ScienceAlert، تیمی از دانشمندان موفق به ساخت سلول خورشیدی کم‌هزینه و قابل چاپی شده‌اند که در شرایط دنیای واقعی بیش از یک سال پایدار باقی می‌ماند؛ این امر رکورد سلول‎های خورشیدی از آزمایشگاه تا دنیای تجاری را جابه‌جا کرد. این سلول‌های خورشیدی از دسته خاصی از مواد به نام «پروسکایت» ساخته شده است.

پروسکایت که نوعی مواد معدنی است، از سال 2009 در ساخت سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شد و همواره نقشی مهم در انرژی‌های تجدیدپذیر بازی کرده است. این مواد معدنی ویژگی‌های جالبی دارد از جمله ابررسانایی، مقاومت مغناطیسی و هدایت یونی که همگی برای ریزالکترونیک بسیار حیاتی به شمار می‌روند.

در سال 2016، فرض بر این بود که پروسکایت توانایی تولید سلول‌های خورشیدی با بازده حداکثر 31 درصد، یعنی بالاتر از بهترین تکنولوژی خورشیدی سیلیکونی تجاری فعلی را دارد.

با وجود اینکه سلول‌های خورشیدی پروسکایت بسیار راحت ساخته می‌شوند و به بازده بیش از 22 درصد در محیط آزمایشگاهی رسیده‌اند، وقتی که در رطوبت و اکسیژن دنیای واقعی مستقر می‌شوند، قابلیت‌های برداشت خورشیدی آنها به‌سرعت از بین می‌رود.

ماجرای مشابهی سرعت تولید سلول‌های خورشیدی قابل چاپ دیگر را نیز کاهش داده است؛ این بار به دلیل اینکه تکنولوژی پلیمر رسانا توانایی چاپ روی تکنولوژی مشابهی مانند پلیمر اسکناس‌های بانکی را داشت.

دانشمندان از سوئیس با استفاده از نوع جدیدی از ساختار سلول خورشیدی پروسکایت این محدودیت را از سر راه برداشته‌اند. آنها موفق به ساخت سلولی شدند که ثبات عملیاتی به مدت یک سال دارد و بازدهی آن 11/2 درصد است، نزدیک به بازدهی خیلی از پنل‌های خورشیدی پشت بامی مبتنی بر سیلیکون.

تیم تحقیقاتی یک سلول هیبریدی دو بعدی/ سه‌بعدی پروسکایت ساخته‌اند. در این سلول از دو نوع مختلف پروسکایت استفاده می‌شود تا دو ویژگی، مقاومت در برابر آب و اکسیژن و انتقال شارژ، که به صورت برابر برای دست یافتن به بازدهی طولانی مدت لازم است، در کنار هم قرار بگیرند.

پروسکایت دو بعدی به عنوان وسیله محافظ در برابر رطوبت عمل می‌کند و توانایی تولید الکتریسیته پروسکایت سه‌بعدی را حفظ می‌کند.

دو نوع مختلف پروسکایت با روش شیمی ساده درون یک لوله آزمایشگاهی ساخته شد و در نسبیت‌های مختلف باهم ترکیب شدند تا سلول‌های خورشیدی بهبود یابند.

محمد خواجه نظرودین، سرپرست این پژوهش از موسسه لوزان فدرال پلی‌تکنیک، در این باره گفت: «یافته‌های مهم این پژوهش حضور رابط چند بعدی را شناسایی می‌کند. بر این باوریم که این نتایج منجر به گسترش دیدگاه‌ها به فتوولتائیک پروسکایت خواهد شد».

سلول‌های خورشیدی پروسکایت هیبریدی با قرار دادن مواد مختلف سلول خورشیدی روی همدیگر، لایه لایه ساخته شده است، درست مانند یک ساندویچ. برای نشان دادن پتانسیل تولید این فناوری، دانشمندان یک پنل خورشیدی 10 در 10 سانتی متری ساخته‌اند:

این سلول خورشید تحت شرایط استاندارد می‌تواند تا 10 هزار ساعت دوام بیاورد و حداکثر بازدهی پروسکایت ترکیبی دو بعدی سه بعدی 14/6 درصد بود.

دانشمندان امیداورند که بهینه‌سازی‌های بیشتر روی ساختار داخلی این وسیله ادامه یابد و سلول‌های خورشیدی پروسکایت را به بازدهی تئوریک آنها نزدیک‌تر کند. این پنل‌های خورشید ارزان قیمت، قابل چاپ و عمر طولانی دارند و به نظر می‌رسد که آماده قدم گذاشتن به دنیای واقعی هستند.

مترجم: هانا حیدری