امکان تجاری سازی سلول‌ های خورشیدی پروسکایت با یک روش جدید

یک مطالعه پیشگامانه نشان می دهد چگونه می توان با بالا بردن کارایی سلول های خورشیدی پروسکایت راه را برای تجاری سازی و توسعه کاربرد آنها هموار کرد.

به گزارش تکناک، سلول های فتوولتائیک که نور خورشید را به الکتریسیته در اکثر صفحات خورشیدی تبدیل می کنند، از سیلیکون ساخته شده اند.

سلول های خورشیدی متشکل از کریستال های سیلیکون به انرژی زیادی نیاز دارند و از طریق روش های پرهزینه ساخت چند مرحله ای توسعه می یابند. به همین دلیل است که پنل های خورشیدی در حال حاضر بسیار گران هستند.

با این حال، بر اساس بیانیه مطبوعاتی، جایگزینی برای سیلیکون وجود دارد که پتانسیل کاهش هزینه و همچنین افزایش کارایی پنل های خورشیدی را دارد. ما در مورد پروسکایت هالید مخلوط صحبت می کنیم، مواد خاصی که می توانند به عنوان کریستال های ایده آل برای سلول های خورشیدی عمل کنند.

سلول های خورشیدی پروسکایت (PSCs) برای اولین بار در سال 2009 اختراع شدند و از آن زمان، دانشمندان در تلاش هستند تا آنها را به فناوری اصلی پنل های خورشیدی تبدیل کنند. با این حال، PSC ها و کریستال های پروسکایت مخلوط هالید بسیار ناپایدار هستند، بنابراین، حتی پس از گذشت چندین سال از کشف آنها، بازار همچنان تحت سلطه سلول های سیلیکونی-خورشیدی (SSCs) است.

به نظر می رسد بالاخره زمان تغییر از SSC به PSC فرا رسیده است. تیمی از محققان موسسه فناوری فدرال لوزان سوئیس (EPFL) رویکرد منحصر به فردی را ارائه کرده اند که می تواند پایداری و کارایی PSC ها را افزایش دهد.

مشکل پروسکایت های هالید مخلوط این است که دارای شکاف های نواری (فضای بین نوارهای انرژی در یک ماده) پهن هستند. هیچ فعالیت الکتریکی در این شکاف ها اتفاق نمی افتد و الکترون ها تنها در صورتی می توانند از یک باند انرژی به باند دیگر حرکت کنند که شکاف های نواری باریک باشد.

از سوی دیگر، مواد نیمه هادی در سلول های خورشیدی باید دارای شکاف های نواری کوچک تری باشند تا الکترون های برانگیخته شده توسط نور خورشید بتوانند به راحتی به سمت الکترودهای رسانا حرکت کنند و الکتریسیته تولید کنند. علاوه بر این، نور خورشید همچنین می تواند باعث جداسازی هالیدها در هالید-پروسکیت مخلوط شود.

این جداسازی کارایی یک PSC را در حین عملیاتی شدن بیشتر کاهش می دهد. به گفته محققان، پنل های خورشیدی با سلول های دارای پروسکایت و سیلیکون (سلول های خورشیدی پشت سر هم) حتی با شدت بیشتری با این مشکلات روبرو هستند.

محققان توضیح می دهند: یکی از موانع بر سر راه تجاری‌سازی سلول‌های خورشیدی پروسکایت، پایداری عملیاتی آنها است که آنها را در مقایسه با فناوری‌های فتوولتائیک موجود در بازار در موقعیت ضعیف تری قرار می‌دهد. این مشکل به‌ویژه در مورد پروسکایت‌های هالید مخلوط که مواد ایده‌آلی برای سلول‌های خورشیدی پشت سر هم هستند نیز وجود دارد.

مطالعه حاضر یک راه حل موثر برای غلبه بر محدودیت های PSCs پیشنهاد می کند. نویسندگان ادعا می کنند که با ترمیم PSC ها با دو تعدیل کننده آلکیل امونیوم از جداسازی هالیدها جلوگیری می کنند.

دو PSC با استفاده از تعدیل کننده های پیشنهادی بدون توقف به مدت 1200 و 250 ساعت آزمایش شدند. تعدیل‌کننده‌ها توانستند اتلاف انرژی ناشی از شکاف‌های نواری وسیع را تا حدی جبران کنند که عملکرد کلی سلول‌های خورشیدی افزایش یابد.

بازده انرژی آنها در طول آزمایشات به ترتیب شاهد جهش نزدیک به 25 درصد و 21 درصد بود. سلولی که 1200 ساعت کار کرد حتی توانست 90 درصد کارایی اولیه خود را به دست آورد (این برای سلول دیگر 80 درصد بود).

تعدیل‌کننده‌ها PSC‌های متال هالید را با جلوگیری از جداسازی هم پایدار و هم کارآمد در مصرف انرژی کردند. این یک دستاورد بزرگ است زیرا می تواند PSC ها را برای کاربردهای کوچک و بزرگ بیشتر از همیشه امکان پذیر کند.