30 ژوئن 2025، عکس از نویسنده: نیتیکا والتر
سلول‌های خورشیدی پروسکایت به دلیل هزینه کم، راندمان بالا و پردازش آسان، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند.سلول‌های خورشیدی پروسکایت نویدبخش انقلابی در انرژی پاک هستند، اما مواد شکننده و ساخت دقیق، عرضه آنها را در دنیای واقعی متوقف کرده است.اکنون، این وضعیت ممکن است بالاخره تغییر کند.
در یک پیشرفت کلیدی برای انرژی خورشیدی نسل بعدی، محققان آکادمی علوم چین یک ماده مولکولی خودآرا رادیکال جدید توسعه داده‌اند.
این دستاورد، مانع بزرگی را در تجاری‌سازی سلول‌های خورشیدی پروسکایت، یک لایه بسیار ناپایدار که برای راندمان آنها بسیار مهم است، هدف قرار می‌دهد.لایه انتقال حفره (HTL) که به تازگی توسط تیمی از محققان موسسه شیمی کاربردی چانگچون مهندسی شده است، دو مشکل عمده عملکرد ناکافی و دشواری در دستیابی به ساخت یکنواخت و با مساحت بزرگ را برطرف می‌کند.
سلول‌های خورشیدی پروسکایت مدت‌هاست که به لطف مواد کم‌هزینه، راندمان بالا و انعطاف‌پذیری‌شان، به عنوان آینده فتوولتائیک مورد ستایش قرار گرفته‌اند.اما برخلاف سیلیکون، پروسکایت‌ها به سرعت، به ویژه در برابر گرما و رطوبت، تخریب می‌شوند. یکی از مهمترین نقاط ضعف، لایه انتقال حفره (HTL)، لایه میانی در یک سلول خورشیدی است که پس از برخورد نور به ماده، بارهای مثبت (حفره‌ها) را جابجا می‌کند.
اگر این لایه ناپایدار یا ضعیف ساخته شده باشد، می‌تواند باعث از دست دادن سریع عملکرد، اتصال کوتاه و تبدیل انرژی ناکارآمد شود. اکثر مواد HTL فعلی گران، از نظر شیمیایی واکنش‌پذیر، مقیاس‌پذیر دشوار و نیازمند فرآیندهای ساخت پیچیده هستند که آنها را به یک گلوگاه بزرگ در یک فناوری خورشیدی امیدوارکننده تبدیل می‌کند.اینجاست که ماده مولکولی جدید خودآرا مبتنی بر رادیکال وارد عمل می‌شود.
این ماده که توسط تیم‌هایی به رهبری کین چوانجیانگ، وانگ لیشیانگ و دیگر محققان توسعه داده شده است، سه سال طول کشید تا به طور مستقل یک “مولکول خودآرا دو رادیکالی” ایجاد و آن را در دستگاه‌های پروسکایت ادغام کنند.
طبق آزمایش‌های تیم محقق ژو مین، این ماده جدید نرخ انتقال حامل را در شرایط عملیاتی شبیه‌سازی شده بیش از دو برابر می‌کند.این ماده که برای غلبه بر محدودیت‌های HTL های معمولی طراحی شده است، خود را در سطح مولکولی مرتب می‌کند و بدون نیاز به پردازش پیچیده، یک فیلم صاف و بدون نقص تشکیل می‌دهد.نتیجه یک لایه پایدار و مقیاس‌پذیر است که حتی در سطوح بزرگ نیز به طور مؤثر عمل می‌کند و سلول‌های خورشیدی پروسکایت را یک قدم به تجاری‌سازی نزدیک‌تر می‌کند.
این می‌تواند یک تغییر دهنده بازی برای تولید رول به رول در مقیاس بزرگ باشد، که مدت‌هاست هدفی در صنعت پروسکایت است.
سلول‌های خورشیدی ساخته شده با این ماده جدید، حتی پس از هزاران ساعت کار مداوم، عملاً هیچ افت عملکردی نشان نمی‌دهند.در طول دهه گذشته، ترکیبات پروسکایت به عنوان پیشگامان فناوری‌های خورشیدی نسل بعدی ظهور کرده‌اند و توجه روزافزون محققان و صنعت را به خود جلب کرده‌اند.
کین، محقق ارشد، گفت که این تیم اکنون قصد دارد این ماده را در مقیاس بزرگ تولید کند و عملکرد آن را برای استفاده تجاری بهبود بخشد.این موفقیت توسط آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر ایالات متحده (NREL) تأیید شده است و اعتبار بین‌المللی را به یک نوآوری چینی بومی اعطا می‌کند.
این پیشرفت می‌تواند چین را به تولید انبوه پنل‌های خورشیدی پروسکایت نزدیک‌تر کند، گامی که می‌تواند هزینه‌های جهانی انرژی خورشیدی را حتی بیشتر کاهش دهد و در عین حال وابستگی به پنل‌های سنتی مبتنی بر سیلیکون را کاهش دهد.
با افزایش تقاضای جهانی انرژی و تشدید تلاش برای تولید انرژی صفر خالص، پیشرفت‌هایی مانند این می‌تواند نحوه جذب و مقیاس‌بندی انرژی خورشیدی را، به ویژه در کشورهایی که سرمایه‌گذاری زیادی در انرژی‌های تجدیدپذیر نسل بعدی انجام می‌دهند، از نو تعریف کند.
