چگونه می توان سلول های خورشیدی پروسکایت را کاربردی تر از همیشه کرد

روپندرا برهامبت -27 دسامبر 2022 – پنل خورشیدی پروسکایت.audioundwerbung/iStock

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، و 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 وسیع (فضای بین نوارهای انرژی در یک ماده) 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 طرف 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.

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 مضیقه قرار می‌دهد. سلول های خورشیدی،” محققان توضیح می دهند.

مطالعه حاضر یک راه حل موثر برای غلبه بر محدودیت های PSCs پیشنهاد می کند. نویسندگان ادعا می کنند که با درمان PSC ها با دو تعدیل کننده آلکیلامونیوم 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 باند 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 هم پایدار (با جلوگیری از جداسازی) 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.

این مطالعه در مجله Joule منتشر شده است.