دستیابی به ۲۵.۷٪ بازده بی‌سابقه در سلول خورشیدی تاندیمی جدید پروسکایت-ارگانیک

محققان با دستیابی به بازده تبدیل قدرت بی‌سابقه ۲۵.۷ درصد برای سلول خورشیدی تاندیمی پروسکایت-ارگانیک، یک نقطه عطف جدید در تکنولوژی خورشیدی به ثبت رسانده‌اند.

این سلول نوآورانه شامل ترکیب یک سلول پروسکایت با پهنای باند زیاد در قسمت پایین با دستگاه ارگانیک با پهنای باند کم در قسمت بالا است، که پیشرفت قابل توجهی در جستجو برای راهکارهای انرژی خورشیدی با بازده بالاتر محسوب می‌شود.

با ترکیب یک لایه پروسکایت درمان‌شده با لایه ارگانیکی که پهنای باند کمی به اندازه 1.27 الکترون‌ولت دارد، سلول خورشیدی پروسکایت-ارگانیک حاصل، بازده تبدیل قدرتی (PCE) برابر با 26.4 درصد به دست آورد که به طور رسمی ۲۵.۷ درصد تأیید شده است.

بر اساس گفته محققان دانشگاه پوتسدام در آلمان و آکادمی علوم چین، استفاده از سلول ارگانیک به عنوان لایه پایینی نیز برای محیط زیست بهتر است، زیرا ردپای کربنی کمتری دارد.

افزایش بازده خورشیدی

در سال‌های اخیر، پروسکایت به عنوان یک انتخاب محبوب برای سلول‌های خورشیدی تاندیمی (TSCs) مطرح شده است که دو نوع سلول را برای شکستن حد بازده تک‌پیوندی ترکیب می‌کند.

سلول‌های تاندیمی پروسکایت-ارگانیک مورد توجه بیشتری قرار گرفته‌اند، زیرا از سلول خورشیدی پروسکایت با پهنای باند زیاد (pero-SC) به عنوان لایه جلویی و از سلول خورشیدی ارگانیک با پهنای باند کم (OSC) به عنوان لایه پشتی استفاده می‌کنند. این سلول‌ها از پایداری خوب و پتانسیل بالایی برای بازده تبدیل قدرت (PCE) برخوردارند.

عملکرد کلی سلول‌های تاندیمی ممکن است به دلیل گرایش سلول‌های پروسکایت با پهنای باند زیاد به از دست دادن ولتاژ بیشتر از سلول‌های پروسکایت معمولی، کاهش یابد. بازترکیب بارها در واسط بین لایه C60 و پروسکایت یک مانع مهم است.

محققان ادعا می‌کنند که ایجاد تکنیک‌های کارآمد برای کاهش این بازترکیب در واسط برای بهبود عملکرد و بازده سلول‌های تاندیمی پروسکایت-ارگانیک ضروری است.

برای رسیدن به این هدف، گروهی یک لایه تازه از پاسیو به پروسکایت اضافه کردند که عیوب ماده را کاهش داده و عملکرد کلی سلول را بهبود می‌بخشد.

پیشرفت در سلول خورشیدی تاندیمی

تیم یک سلول خورشیدی تاندیمی با استفاده از مواد پیشرفته مختلف برای ارتقای عملکرد آن توسعه داد.

ساخت سلول شامل یک زیرلایه شیشه‌ای، یک جاذب پروسکایت با پهنای باند انرژی 1.88 الکترون‌ولت و یک لایه اکسید شفاف-رسانا (TCO) با یک تک‌لایه خود مونتاژشده است. به منظور بهبود بازده، یک لایه پاسیو جدید به همراه یک اتصال‌دهنده بین‌لایه (ICL) و یک جاذب ارگانیک با پهنای باند انرژی 1.27 الکترون‌ولت اضافه شده‌اند.

به گفته مجله PV ، طراحی همچنین دارای یک لایه رابط کاتد PDINN است که به بهبود واسط بین لایه فعال و الکترود بالایی کمک می‌کند و یک الکترود نقره‌ای برای رسانایی الکتریکی دارد.

تیم با استفاده از سیکلوهگزان 1,4-دی‌آمونیم دی‌یوداید (CyDAI2) به عنوان یک پاسیو کننده سطحی، عملکرد سلول را بیشتر بهبود بخشید. دو فرم ایزومری این ماده رفتارهای سطحی متمایز از خود نشان می‌دهند. این عمل با کاهش ناهماهنگی ولتاژ، کارایی سلول پروسکایت را افزایش می‌دهد.

سلول خورشیدی تاندیمی تحت شرایط آزمون معمولی بازده تبدیل توان شگفت‌آور ۲۶.۴ درصد را نشان داد که بازده آن ۲۵.۷ درصد تأیید شده است.

محققان ادعا می‌کنند که نتیجه یک استاندارد جدید جهانی برای این نوع فناوری سلول خورشیدی ایجاد کرده و نشان می‌دهد که چگونه سلول‌های تاندیمی پروسکایت-ارگانیک می‌توانند برای تولید راه‌حل‌های انرژی خورشیدی با کارایی بالاتر استفاده شوند.

جزئیات تحقیقات تیم در مجله نیچر منتشر شده است.