17 آوریل 2022
دانشمندان آلمانی جزئیاتی از پنل خورشیدی جدید خود را منتشر کرده اند و آن را کارآمدترین پنل خورشیدی در نوع خود می دانند که از طیف وسیع تری از نور خورشید استفاده می کند.
فن‌آوری‌های خورشیدی موجود با استفاده از سیلیکون ساخته می‌شوند و نمی‌توان آنها را خیلی بیشتر بهبود بخشید – که این امر یافتن مواد کارآمدتر و پایدارتر را مهم‌تر می‌کند.
ترکیب یک ماده جدید که حاوی جاذب‌های مبتنی بر پروسکایت در کنار جاذب‌های مبتنی بر کربن است، 24 درصد کارآمد است که نسبت به مدل‌های فعلی 20 درصد افزایش یافته است.به علاوه، سلول های خورشیدی پشت سر هم بسیار کارآمد را می توان با هزینه کمتری نسبت به سلول های خورشیدی معمولی ساخته شده از سیلیکون تولید کرد.این سلول خورشیدی توسط پروفسور دکتر توماس ریدل و تیمش در دانشگاه ووپرتال به همراه محققان دانشگاه کلن، دانشگاه‌های پوتسدام و توبینگن و موسسه ماکس پلانک ساخته شده است.
فن‌آوری‌های سلول‌های خورشیدی مرسوم عمدتاً مبتنی بر سیلیکون نیمه‌رسانا هستند و پیشرفت‌های قابل‌توجهی در کارایی آنها – وات بیشتر انرژی الکتریکی به ازای هر وات تابش خورشیدی جمع‌آوری‌شده – انتظار نمی‌رود.
دو ماده جایگزین در مطالعه جدید مورد استفاده قرار گرفت: نیمه هادی های آلی، که ترکیبات مبتنی بر کربن هستند که می توانند الکتریسیته را تحت شرایط خاصی هدایت کنند، با یک پروسکایت، بر اساس یک ترکیب سرب- هالوژن، با خواص نیمه هادی عالی جفت شدند.هر دوی این فناوری‌ها در مقایسه با سلول‌های سیلیکونی معمولی به مواد و انرژی کمتری برای تولیدشان نیاز دارند.
از آنجایی که نور خورشید از رنگ های طیفی مختلف تشکیل شده است، سلول های خورشیدی کارآمد باید تا حد امکان این نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل کنند. این را می توان با سلول های به اصطلاح پشت سر هم به دست آورد، که در آن مواد نیمه هادی مختلف در سلول خورشیدی ترکیب می شوند، که هر کدام محدوده های مختلفی از طیف خورشیدی را جذب می کنند.
در مطالعه حاضر، نیمه هادی های آلی برای قسمت های فرابنفش و مرئی نور استفاده شد، در حالی که پروسکایت می تواند به طور موثر در مادون قرمز نزدیک جذب شود. ترکیبات مشابهی از مواد قبلاً در گذشته مورد بررسی قرار گرفته بود، اما اکنون تیم تحقیقاتی موفق به افزایش قابل توجه عملکرد آنها شده است.
پیش از این، بهترین سلول‌های پشت سر هم پروسکایت/ارگانیک در جهان بازدهی حدود 20 درصد داشتند، اما تیم این مقدار را به 24 درصد افزایش داد و بر این باور است که می‌توانند این افزایش را تا 30 درصد دو برابر کنند.
دکتر سلینا اولتوف از مؤسسه شیمی فیزیک دانشگاه کلن گفت: برای دستیابی به چنین کارایی بالایی، تلفات در فصل مشترک بین مواد درون سلول‌های خورشیدی باید به حداقل برسد. برای حل این مشکل، گروه در ووپرتال یک اتصال به اصطلاح ایجاد کردند که سلول فرعی آلی و زیرسلول پروسکایت را به صورت الکترونیکی و نوری جفت می‌کند.
یک لایه نازک از اکسید ایندیم با ضخامت تنها 1.5 نانومتر در سلول خورشیدی ادغام شد تا تلفات را تا حد امکان پایین نگه دارد.همچنین شبیه‌سازی‌ها نشان داد که سلول‌های پشت سر هم با بازده بیش از 30 درصد در آینده با این رویکرد قابل دستیابی هستند.
این تیم بر اساس کسر فوتون های تبدیل شده به الکتریسیته اندازه گیری کردند و نتایج را در Nature منتشر کردند.
