سلول خورشیدی پروسکایت معکوس جدید بهبود یافته با 25% کارایی و 98% پایداری

محققان دانشگاه ژجیانگ در چین سلول خورشیدی پروسکایت معکوسی با استفاده از ماده پروسکایت هیبریدی با آنتروپی بالا (HEHP) ساخته‌اند. این رویکرد منجر به بهبود پایداری شده است بدون اینکه کارایی کاهش یابد.

ساختار HEHP به دلیل موقعیت‌های آلی بشدت نامنظم آن منحصر به فرد است. این موقعیت‌ها به افزایش آنتروپی و بهبود پایداری حرارتی و استحکام سازه‌ای کمک می‌کنند. طبق گفته جیانگ‌جینگ سو، نویسنده همکار این مطالعه که با مجله PV Magazine صحبت کرده است، یافته‌های تیم را توضیح داده است.

سو گفت: «کار ما نشان دهنده پتانسیل یک نوع ساختار با آنتروپی بالا است، یعنی پروسکایت هیبریدی با آنتروپی بالا، در بهبود کارایی و پایداری پروسکایت خورشیدی.

آنچه این ماده جدید را متمایز می‌کند، ساختار پروسکایت تک‌فازی چند جزئی آن است. در مقایسه با پروسکایت‌های متعارف، این ساختار در دماهای بالا پایداری فازی بالاتری دارد که توسط طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) تأیید شده است.

تیم توضیح داد: «کریستال تک‌فازی HEHP نشان‌دهنده مجموعه‌ای از پیک‌های مشخصه متعلق به همه کاتیون‌های آلی موجود بود که با مخلوط اکی مولار همه پنج کاتیون آلی منطبق بود.» این نشان می‌دهد ساختاری هیبریدی متشکل از چارچوب‌های غیرآلی منظم و لایه‌های بین‌المللی آلی نامنظم.

کارایی و پایداری بی‌سابقه

تیم یک سلول خورشیدی پروسکایت با استفاده از فیلم HEHP ساخته‌اند که به گفته آنها مقاومت بسیار خوبی در برابر آب و گرما و رطوبت دارد.

معماری سلول خورشیدی آنها شامل یک زیرلایه اکسید قلع ایندیم (ITO)، یک لایه انتقال الکترون اکسید قلع (SnO2)، جذب‌کننده پروسکایت، یک لایه انتقال حفره Spiro-OMeTAD و یک تماس فلزی نقره (Ag) است.

تحت شرایط نوردهی استاندارد، سلول به کارایی تبدیل توان 25.7% دست یافت که بالاتر از دستگاه مرجع با 23.2% بود. ولتاژ مدارباز به 1.17 ولت رسید، در حالی که چگالی جریان مداربسته و فاکتور پرکننده به ترتیب 25.8 میلی آمپر بر سانتی‌متر مربع و 85.2% بود.

نکته‌ای قابل توجه این است که سلول مبتنی بر HEHP بیش از 98% از کارایی اولیه خود را پس از ۱۰۰۰ ساعت عملیات حفظ کرده است. این نشان‌دهنده قابلیت مناسب سلول برای کاربردهای طولانی‌مدت در دنیای واقعی است.

تیم این بهبودها را به کاهش بازترکیب‌های غیرپرتوی و بهینه‌سازی رابط ناشی از بهره‌گیری از HEHP نسبت می‌دهد. «برتری HEHP نسبت به جزء تک در کاهش اختلالات الکترونیکی می‌تواند به همزیستی انواع مختلف کاتیون‌های سایت A مربوط باشد که می‌توانند به طور هم‌افزایی با انواع مختلف نقص‌ها تعامل داشته باشند.» تیم به مجله PV Magazine گفت.

تأثیرات برای آینده انرژی خورشیدی

تیم تحقیقاتی معتقد است که ماده پروسکایت جدید آنها می‌تواند به طور گسترده‌ای در ترکیبات مختلف پروسکایت و معماری‌های سلول قابل استفاده باشد.

این همه‌کاره بودن، HEHP را به عنوان یک استراتژی بالقوه جهانی و تحمل‌پذیر به خطا برای بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی پروسکایت در شرایط مختلف متمایز می‌کند و می‌تواند در ارتقای بهره‌وری تولید به عنوان صنعت در حال تراز تولید انبوه دستگاه‌های پروسکایت حیاتی باشد.

تیم تحقیقاتی از کاربرد‌های بالقوه یافته‌های آنها خوشبین هستند. “این ممکن است به عنوان یک استراتژی بسیار جهانی و تحمل‌پذیر به خطا برای بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی پروسکایت در سناریوهای مختلف عمل کند، که برای بهبود بهره‌وری تولید دستگاه‌های پروسکایت در تولید انبوه صنعتی آینده حیاتی است.”

با ادامه تحقیقات و توسعه، پروسکایت‌های هیبریدی با آنتروپی بالا می‌توانند به بازگشایی پتانسیل کامل انرژی خورشیدی کمک کنند.

یافته‌های تیم در مجله Nature Photonics منتشر شده است.