دو روش برای افزایش راندمان سلول های خورشیدی از طریق همکاری بهتر سیلیکون و پروسکایت

گزارش 7 جولای 2023 – توسط باب یرکا، Tech Xplore

مولکول PI در a و خصوصیات پس از سنتز نشان داده شده در b) 1H NMR در DMSO-d6 (سیگنال در 2.5 ppm مربوط به حلال است، در حالی که سیگنال در ppm 3.3 مربوط به H2O است و c- 13CNMR DMSO-d6 سیگنال در ppm 39.52 است. مربوط به حلال است). اعتبار: علم 2023 DOI

دو تیم از مهندسان انرژی خورشیدی، یکی توسط یک گروه بزرگ در Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH، و دیگری به رهبری گروهی در École Polytechnique Fédérale de Lozanne، دو راه برای بهبود کارایی سلول های خورشیدی پیدا کرده اند. سیلیکون و پروسکایت برای کار بهتر با هم. هر دو تیم مقالاتی را در ژورنال Science منتشر کرده اند که جزئیات کار و نتایج آزمایش های خود را تشریح می کند. استفان دی ولف و ارکان آیدین، با دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله، مقاله چشم‌اندازی را در همان شماره مجله منتشر کرده‌اند که به تشریح کارهای انجام شده توسط هر دو تیم می‌پردازد.

تحقیقات قبلی نشان داده است که به دلیل محدودیت‌های سیلیکونی، تنها بخش باریکی از باند فرکانس نور خورشید را می‌توان به الکتریسیته تبدیل کرد – این کارایی نظری آن را به 29.4 درصد محدود می‌کند. برای دور زدن این محدودیت، مهندسان خورشیدی سعی کرده اند مواد دیگری را به عنوان یک لایه جداگانه اضافه کنند که می تواند برای تبدیل نور در فرکانس های دیگر به برق استفاده شود.

یکی از این مواد پروسکایت است – کریستالی که از مخلوط تیتانیوم و کلسیم رشد می کند. در حالی که نویدبخش بود، اما به دلیل تمایلش به اجازه دادن به برخی از الکترون‌ها برای بازجذب مجدد در کریستال قبل از استفاده از آنها برای تولید برق، کاربرد محدودی دارد. در این دو تلاش جدید، هر دو تیم راهی برای حل این مشکل پیدا کرده اند و هر کدام از رویکردی متفاوت استفاده می کنند.

در اولین تلاش، مهندسان یدید پیپرازینیم مایع را به لایه ای از پروسکایت که قبلاً روی یک لایه سیلیکون اعمال شده بود، تزریق کردند. روش آنها در طول آزمایش 32.5٪ کارآمد بود.

در تلاش دوم، تیم فرآیندی را توسعه دادند که شامل پوشش یک لایه سیلیکون با مواد شیمیایی پیش‌ساز و سپس افزودن ماده شیمیایی دوم بود که واکنشی را آغاز کرد که منجر به تشکیل یک پوشش پروسکایت شد. نتیجه یک پوشش با نقص کاهش یافته بود که به الکترون های کمتری اجازه می داد به داخل کریستال سرگردان شوند. آزمایشات نشان داد می توان از این فرآیند دو مرحله ای برای تولید سلول های خورشیدی با کارایی 31.2 درصد استفاده کرد.

هر دو تیم اذعان دارند که تکنیک‌های آن‌ها برای سلول‌های خورشیدی بسیار کوچک‌تر از آن‌هایی که به صورت تجاری استفاده می‌شوند، به کار رفته است. بنابراین، قبل از اینکه بتوان از آنها برای کاربردهای سنتی سلول خورشیدی استفاده کرد، ابزاری برای افزایش مقیاس آنها لازم است.