محققان دانشگاه نیو ساوت ولز (UNSW) رکورد جهانی بازده سلول‌های خورشیدی کاستریتی را که به عنوان جایگزین‌های امیدوارکننده برای صفحات خورشیدی مبتنی بر سیلیکون محسوب می‌شوند، شکستند.
این تیم به بازده «۱۳.۲٪ که بهترین بازده برای سلول‌های خورشیدی کاستریتی با نوار باند بالا بوده و توسط هیدروژن بهبود یافته‌اند، دست یافت.
کاستریت یک ماده معدنی طبیعی است که از مس، روی، قلع و گوگرد (CZTS) تشکیل شده است. این ماده مدت‌هاست به عنوان ماده‌ای با پتانسیل بالا برای کاربردهای سلول‌های خورشیدی شناخته شده است.
این ماده فراوان، غیرسمی و تولید آن مقرون به صرفه است و این ویژگی‌ها آن را به گزینه‌ای جذاب برای فناوری خورشیدی نسل بعدی تبدیل کرده است.
«ماژول‌های سیلیکونی تقریباً به حد نهایت بازده نظری خود رسیده‌اند، بنابراین ما در تلاشیم تا به پرسش مطرح شده از صنعت PV در مورد ماده سلول‌های نسل بعدی پاسخ دهیم،» گفت پروفسور شیائوجینگ هائو، که تیم تحقیقاتی را رهبری می‌کند.
غلبه بر چالش‌ها در تولید کاستریت
تلاش‌های قبلی برای استفاده بهینه از پتانسیل کاستریت توسط نقص‌هایی که در فرایند تولید ایجاد می‌شدند، محدود شده بود.
تیم با استفاده از روشی نوآورانه شامل درمان با هیدروژن در فرایند ساخت بر این چالش‌ها غلبه کرد.
این تکنیک که به نام پس‌پالایش شناخته می‌شود، به طور مؤثر اثرات مضر نقص‌ها را خنثی کرده و به سلول خورشیدی کاستریتی اجازه می‌دهد تا نور خورشید را با کارآیی بسیار بهتری به برق تبدیل کند.
این پیشرفت بر اساس شش سال تحقیق توسط تیم UNSW ساخته شده است که در ابتدا به بازده ۱۱.۴٪ برای سلول‌های CZTS دست یافته بود. حالا با معرفی پس‌پالایش هیدروژن، آن‌ها رکورد قبلی را شکستند و امکانات جدیدی را برای فناوری خورشیدی کاستریتی باز کردند.
«تصویر بزرگی که اینجا داریم این است که در نهایت می‌خواهیم برق را ارزان‌تر و سبزتر تولید کنیم،» گفت پروفسور هائو.
«CZTS ماده‌ای ایده‌آل برای سلول‌های خورشیدی است زیرا محیط‌زیستی دوستانه، مقرون به صرفه و ثبات طولانی مدت دارد.»
دست‌آورد تیم UNSW تأثیرات قابل توجهی برای آینده انرژی خورشیدی دارد.
مناسب برای سلول‌های خورشیدی ترکیبی
سلول‌های خورشیدی کاستریتی بسیار مناسب برای استفاده در سلول‌های خورشیدی ترکیبی هستند که مواد مختلفی را برای جذب طیف وسیعتری از نور خورشید و رسیدن به بازده بالاتر ترکیب می‌کنند.
تیم امیدوار است که این پیشرفت راه را برای تجاری‌سازی سلول‌های خورشیدی کاستریتی تا سال ۲۰۳۰ هموار کند.
«کارهای بیشتری باید انجام شود تا راه‌هایی برای کاهش بیشتر نقص‌هایی که در CZTS می‌بینیم، چه در طول تولید و چه از طریق درمان‌های بعد از تولید پیدا کنیم،» پروفسور هائو اعتراف کرد.
«ولی ما می‌دانیم که این یک ماده خوب است. وقتی که به نیازها از پایین به بالا نگاه می‌کنیم، ما می‌دانیم که چیزی نیاز داریم که به‌طور گسترده‌ای فراوان، محیط‌زیستی دوستانه، دارای خصوصیات الکترواپتیکی خوب و دارای دوام بلندمدت باشد – و CZTS به تمامی این معیارها پاسخ می‌دهد.»
کاستریت راه حلی پایدار ارائه می‌دهد
تیم هدف دارد تا مواد جایگزین برای سلول‌های خورشیدی، از جمله پروسکایت را مورد بررسی قرار دهد.
در حالی که پروسکایت بازده بالاتری دارد، به دلیل مشکلات پایداری و نگرانی‌های سمی دچار مشکل است. در مقابل، کاستریت راه حلی پایدارتر و محیط‌زیستی دوستانه‌تر ارائه می‌دهد.
«وقتی که از بالا به پایین می‌روید، شاید با چیزی مانند پروسکایت، می‌توانید عملکرد و بازده بسیار بالایی در ابتدا داشته باشید، اما پایداری بسیار کمتری دارد و صفحه‌هات ممکن است فقط یک سال دوام بیاورند، بنابراین پایدار نیست،» او نتیجه‌گیری کرد.
«زمان زیادی می‌تواند برد تا آن مشکلات را حل کنید، در حالی که با CZTS اگر بتوانیم آن را به بازده ۲۰٪ برسانیم، فکر می‌کنم که واقعاً پیشرفت خواهد داشت زیرا محدودیت‌های دیگری وجود ندارد چون تمام معیارهای نوع موادی که می‌خواهیم استفاده کنیم را برآورده می‌کند.»
