28 مارس 2024-© shutterstock/LuYago
سلول های خورشیدی انعطاف پذیر کاربردهای بالقوه زیادی در هوافضا و الکترونیک انعطاف پذیر دارند، اما راندمان تبدیل انرژی پایین استفاده عملی از آنها را محدود کرده است.
یک روش ساخت جدید، بازده انرژی سلول های خورشیدی انعطاف پذیر ساخته شده از پروسکایت را افزایش داده است، دسته ای از ترکیبات با ساختار کریستالی خاص که تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته را تسهیل می کند.
سلول‌های خورشیدی پروسکایتی انعطاف‌پذیر فعلی (FPSCs) از بازده تبدیل توان کمتری نسبت به سلول‌های خورشیدی پروسکایت صلب رنج می‌برند، زیرا به دلیل ویژگی‌های نرم و ناهمگن مواد پایه انعطاف‌پذیر، ساخته شده از پلی اتیلن ترفتالات (PET)، لایه‌های پروسکایتی FPSCها ساخته شده‌اند.
FPSCها همچنین دوام کمتری نسبت به سلول های خورشیدی سفت و سختی دارند که از شیشه به عنوان بستر پایه استفاده می کنند. منافذ موجود در بسترهای سلول خورشیدی منعطف به آب و اکسیژن اجازه می دهد تا به مواد پروسکایت نفوذ کند و باعث تخریب آنها شود.
برای پرداختن به این مسائل با فناوری فعلی FPSC، تیمی از دانشمندان مواد، تکنیک ساخت جدیدی را توسعه دادند که کارایی FPSCها را افزایش می‌دهد و راه را برای استفاده از آن در مقیاس بسیار بزرگ‌تر هموار می‌کند.
تیم چگونه بازده انرژی سلول های خورشیدی انعطاف پذیر را افزایش داد؟
Chenyi Yi، دانشیار آزمایشگاه کلید دولتی عملیات و کنترل سیستم قدرت در دانشگاه Tsinghua و نویسنده ارشد مقاله، توضیح داد: «افزایش راندمان تبدیل توان FPSCها به دلایل متعددی حیاتی است.
راندمان بالاتر FPSCها را با سایر فناوری‌های سلول خورشیدی رقابتی‌تر می‌کند، هزینه هر وات برق تولیدی و منابع مورد نیاز برای تولید همان مقدار توان الکتریکی را کاهش می‌دهد و دامنه کاربردهایی را که می‌توان از FPSCها عملاً استفاده کرد، افزایش داد.
به طور خاص، تیم یک روش جدید رسوب حمام شیمیایی (CBD) برای رسوب اکسید قلع (SnO2) بر روی یک بستر انعطاف پذیر بدون نیاز به اسید قوی، که بسیاری از بسترهای انعطاف پذیر به آن حساس هستند، توسعه دادند.
این روش جدید به محققان امکان کنترل بیشتری بر رشد اکسید قلع روی بستر انعطاف‌پذیر داد. اکسید قلع به عنوان یک لایه انتقال الکترون در سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر عمل می‌کند که برای راندمان تبدیل توان بسیار مهم است.
یی گفت: “این روش CBD با تحقیقات قبلی با استفاده از سولفات قلع SnSO4 به جای کلرید قلع SnCl2 به عنوان پیش ساز قلع برای رسوب SnO2 متفاوت است و روش جدید را با بسترهای انعطاف پذیر حساس به اسید سازگار می کند.”
نکته مهم، روش ساخت جدید همچنین برخی از نگرانی‌های دوام FPSCها را برطرف می‌کند.
یی گفت: «سولفات SO42 باقیمانده پس از CBD مبتنی بر SnSO4 علاوه بر این به دلیل هماهنگی قوی بین سرب Pb2+ از پروسکایت و SO42- از SnO2، به پایداری PSC ها نیز کمک می کند.
در نتیجه، ما می‌توانیم SnO2 با کیفیت بالاتر برای دستیابی به سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر کارآمدتر و پایدارتر بسازیم.»
این تیم به معیار جدیدی برای بالاترین راندمان تبدیل توان برای FPSC ها با 25.09٪ دست یافت و گواهینامه 24.90٪ را دریافت کرد.
دوام سلول های خورشیدی منعطف مبتنی بر SnSO4 نیز با حفظ 90 درصد راندمان تبدیل توان خود پس از 10000 بار خم شدن سلول ها نشان داده شد. سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر مبتنی بر SnSO4 نیز پایداری در دمای بالا را در مقایسه با سلول‌های خورشیدی مبتنی بر SnCl2 نشان دادند.
“هدف نهایی انتقال این FPSCهای با راندمان بالا از مقیاس آزمایشگاهی به تولید صنعتی است که امکان استفاده تجاری گسترده از این فناوری را در زمینه های مختلف، از فناوری پوشیدنی، الکترونیک قابل حمل و منابع انرژی هوافضا تا راه حل های انرژی تجدید پذیر در مقیاس بزرگ فراهم می کند.”.
