سلول‌های خورشیدی پروسکایت پوشش داده‌شده با تیغه به بازده تبدیل قدرت ۳۱.۲٪ دست یافتند

محققان سعودی و آلمانی سلول خورشیدی جدیدی با بازده چشم‌گیر ۳۱.۲٪ توسعه داده‌اند. این سلول ترکیبی از پروسکایت-سیلیکون می‌تواند پایه‌ای برای سلول‌های خورشیدی با بازده بالاتر از آنچه در حال حاضر وجود دارد، باشد.

این سلول توسط همکاری بین دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله (KAUST) و مرکز هلمهولتز برلین (HZB) توسعه یافته است. به گفته محققان پشت این سلول، توانسته است برداشت بار کارآمد و پاسیو کردن سطح را به دست آورد.

این تیم عملکرد تاندم‌های پوشش داده‌شده با تیغه را با اضافه کردن لایه‌های پروسکایت دو بعدی در سطح پایینی بهبود داده است. این تغییرات ظاهراً عملکرد تاندم پوشش داده‌شده با تیغه را به بازدهی گواهی‌نامه‌شده ۳۱.۲٪ افزایش داده است.

این کار پتانسیل کارآیی ساخت با جوهر مبتنی بر فناوری پایدار و قابل تولید را نشان می‌دهد. چنین کارهایی برای پذیرش گسترده و موفقیت تجاری این تکنولوژی فتوولتائیک (PV) امیدوارکننده حیاتی است.

سلول خورشیدی پروسکایت با بازده بالا

«تاندم‌های پروسکایت-سیلیکون به صورت قانع‌کننده‌ای پتانسیل عملکرد بالای خود را نشان داده‌اند و اکنون بسیاری از گروه‌ها به بازدهی بالاتر از ۳۰٪ دست یافته‌اند.» نویسنده اصلی تحقیق، استفان دی ولف، به مجله PV توضیح داد.

«با این حال، انتقال این نتایج از یک محیط آزمایشگاهی به تکنیک‌هایی که برای صنعت مرتبط هستند نیازمند توجه است، به خصوص برای تکنیک‌های پردازش محلول. در اینجا ما بازدهی‌های گواهی‌شده بالاتر از ۳۱٪ با استفاده از پروسکایت‌های پوشش داده‌شده با تیغه نشان دادیم. دستگاه‌ها به لطف پاسیو کردن تماس با استفاده از پروسکایت‌های دو بعدی عملکرد بهتری نشان می‌دهند.» او اضافه کرد.

محققان توضیح دادند که آن‌ها از پوشش تیغه به جای پوشش چرخشی استفاده کردند زیرا پوشش چرخشی چالش‌های مقیاس‌پذیری دارد به دلیل برون‌ده محدود آن. به‌ویژه، پوشش تیغه برای گذاشتن لایه پروسکایت سه‌بعدی بر روی لایه پروسکایت دو‌بعدی در یک دستگاه پروسکایت بالا با تنظیمات معکوس p-i-n استفاده شد.

«با تنظیم ابعاد هدفمند (n) فیلم پروسکایت دو‌بعدی که قبل از پروسکایت سه‌بعدی ساخته می‌شود، ناهمگنی سطح انرژی در سطح پایین را به حداقل می‌رسانیم، استخراج حفره کارآمد را به دست می‌آوریم و خسارات عملکرد را در دستگاه‌های p-i-n تیغه‌پوش به حداقل می‌رسانیم»، دانشمندان گفتند. این پیکربندی به دستگاه پروسکایت پیشرو اجازه داد تا به بازدهی تبدیل قدرت ۲۲.۶٪، ولتاژ مدار باز ۱.۲۳ ولت و فاکتور پرشدگی (FF) ۸۲٪ دست یابد.

برای این منظور، گروه تحقیقاتی یک دستگاه تاندم کپسول‌دار به مساحت ۰.۱۶ اینچ مربع (۱ سانتی‌متر مربع) با استفاده از یک سابستریت ساخته شده از اکسید قلع ایندیوم (ITO) توسعه دادند. دستگاه شامل چندین لایه است، از جمله سیلیکون آمورف (a-Si)، جاذب سیلیکون بلوری و تماسی پشت شفاف ساخته شده از اکسید روی ایندیوم (IZO).

همچنین دارای یک لایه پروسکایت دو‌بعدی و یک لایه پروسکایت سه‌بعدی پوشش داده‌شده با تیغه، به همراه یک لایه از p-فنیل‌دی‌آمینیوم یدید (PDAI) است.

دو‌بعدی و بسیار قوی

علاوه بر این، یک لایه انتقال الکترون (ETL) متشکل از باکمینستر فولرن تبخیر شده حرارتی (C60) و لایه‌ای از اکسید قلع (SnO2) وجود دارد. لایه دیگر IZO شامل شده و با یک پوشش ضد انعکاسی ساخته شده از فلورید منیزیم (MgF2) و تکمیل شده با یک تماس فلزی نقره (Ag) است.

در شرایط نوردهی استاندارد، سلول تاندم تقریباً ۸۰٪ از بازده اولیه خود را برای ۱۷۰۰ ساعت در شدت نور ۱-سان حفظ کرد.

«استراتژی کلی ما، که شامل یک ترکیب پروسکایت قوی و یک سطح پایین پروسکایت دو‌بعدی بود، به ما اجازه داد تا برای اولین بار در ادبیات برای سلول‌های تاندم پوشش‌ داده‌ شده با تیغه با بازدهی ۳۱.۲٪ در مؤسسه سیستم‌های انرژی خورشیدی فراونهوفر (ISE) گواهی‌نامه دریافت کنیم»، دانشمندان گزارش دادند.

برای این که آن را به چشم بیاوریم، کارآمدترین دستگاه تاندم تا به امروز یک سلول ۳۴.۶٪ کارآمد است که توسط تولیدکننده چینی Longi در سپتامبر معرفی شد.

می‌توانید خودتان مطالعه را در مجله Joule مشاهده کنید.