هنگ کنگ طولانی‌ترین سلول خورشیدی با کارایی بی‌سابقه ۲۰ درصد ایجاد کرد
محققان دانشگاه علم و صنعت هنگ کنگ (HKUST) یک درمان مولکولی توسعه داده‌اند که کارایی و دوام سلول‌های خورشیدی پروفسکیت را بهبود می‌بخشد.
آخرین تحقیقات آنها نشان داده است که با کارایی تبدیل برق (PCE) ۲۰.۱ درصد و پایداری عملکردی قابل توجهی بیش از ۱۵۰۰ ساعت در شرایط تست استاندارد عمل می‌کند.
سلول‌های خورشیدی پروفسکیت در سال‌های اخیر به دلیل قابلیت ارائه عملکرد بیشتر با قیمت کمتر نسبت به سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون معمولی، توجه زیادی جلب کرده‌اند.
با این حال، چالش اصلی جلوگیری از تجاری‌سازی آنها، ناپایداری و تمایل به تخریب است.
کلید بهبود عملکرد
«کلید حل این مشکل شناسایی پارامترهای حیاتی تعیین‌کننده عملکرد و طول عمر پروفسکیت‌های هلاید، یک ماده فتوولتائیک نسل بعدی بود»، به گزارش این اطلاعیه.
تیم تحقیقاتی HKUST، به رهبری استادیار لین ین-هانگ، این چالش را با تمرکز روی یک فرایند به نام پاسیو کردن (passivation) حل کرد. این یک درمان شیمیایی است که برای کاهش نقص‌ها و بهبود عملکرد کلی مواد پروفسکیت اعمال می‌شود.
«پاسیو کردن به اشکال مختلف در طول دهه گذشته برای بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی پروفسکیت بسیار مهم بوده است»، به گفته پرفسور لین.
با تغییر شیمی سطح فیلم‌های پروفسکیت، محققان توانستند پایداری و طول عمر آنها را افزایش دهند.
شناسایی مولکول‌های کلیدی
«برای اولین بار، تیم تحقیقاتی نشان داده است که چگونه انواع مختلفی از آمین‌ها (اولیه، ثانویه و ثالثیه) و ترکیب آنها می‌توانند سطوح فیلم‌های پروفسکیت را که در آن بسیاری از نقص‌ها تشکیل می‌شوند، بهبود بخشند»، به گفته این اطلاعیه.
محققان از دو روش متمایز استفاده کردند. اولین روش «آنالیز خارج از موقعیت» بود، که شامل بررسی تعاملات بین مولکول‌ها و پروفسکیت‌ها خارج از محیط عملیات معمولی آنها بود.
دومین روش، «آنالیز در موقعیت»، شامل مشاهده تعاملات در محیط عملیاتی واقعی سلول‌های خورشیدی پروفسکیت بود.
«از آنجا، آنها مولکول‌هایی شناسایی کردند که میدان نوری فوتولومینسانس (PLQY) را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند»، به گفته این اطلاعیه. برای مرجع، PLQY معیاری برای اندازه‌گیری کارایی مواد در تبدیل نور جذب‌شده به نور منتشرشده است.
در طی نمایش سلول خورشیدی، محققان از دستگاه‌های متوسط (۰.۲۵ سانتی‌متر مربع) و بزرگ (۱ سانتی‌متر مربع) برای آزمایش کارایی روش جدید خود استفاده کردند.
نتایج چشمگیر در نمایش
این سلول‌ها توانستند درصد بالایی از نور خورشید را به برق تبدیل کنند حتی در مواجهه با انواع مختلف نور (باندگپ وسیع). علاوه بر این، خروجی ولتاژ این سلول‌ها بسیار بالا بود.
«این دستگاه‌ها به ولتاژهای مدار باز بالای ۹۰ درصد از حد ترمودینامیکی رسیدند»، به گفته محققان.
«مقایسه با تقریباً ۱۷۰۰ مجموعه داده از ادبیات موجود نشان داد که نتیجه آنها از بهترین گزارش شده‌ها تا به امروز در مقایسه با کارایی در تبدیل انرژی بود»، به طبق این اطلاعیه.
علاوه بر این، سلول‌های پاسیو شده در آزمایش‌های پیری پایداری نشان داده‌اند و عملکرد خود را در دوره‌های طولانی حفظ کردند. پس از حدود ۱۵۰۰ ساعت عملکرد مستمر (معادل تقریباً دو ماه)، سلول‌ها سطح عملکرد بالایی را حفظ کردند.
بهترین سلول‌ها پس از این دوره طولانی کاهش کمی در کارایی (۵ درصد) نشان دادند. علاوه بر این، کارایی نقطه توان ماکزیمم (MPP) ۱۹.۴ درصد بود و کارایی تبدیل برق (PCE) ۲۰.۱ درصد.
این ها «از بالاترین‌ها (با در نظر گرفتن باندگپ) و بلندترین معیارهای گزارش‌شده تا به امروز» هستند، به گفته محققان.
آینده امیدوارکننده برای سلول‌های خورشیدی پروفسکیت
اهمیت این موفقیت نه تنها در بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی پروفسکیت، بلکه در قابلیت مقیاس‌پذیری فرایند پاسیو کردن نهفته است.
محققان دریافتند که درمان آمینو-سیلان با تکنیک‌های موجود در تولید صنعتی سازگار است و امکان تولید در مقیاس بزرگ را فراهم می‌کند.
این می‌تواند هزینه سلول‌های خورشیدی پروفسکیت را به طور بالقوه کاهش دهد و آنها را گزینه جذاب‌تری برای کاربردهای تجاری کند.
توسعه سلول‌های خورشیدی پروفسکیت کارآمد و بادوام یک گام به جلو در پیگیری منابع انرژی پاک و پایدار است.
