نمک؛ ناجی سلولهای خورشیدی پروسکایتی
سلولهای خورشیدی پروسکایتی میتوانند تولید انرژی خورشیدی را ارزانتر، سبکتر و انعطافپذیرتر کنند، اما کاهش عملکرد آنها در طول زمان، بهویژه هنگامی که در معرض رطوبت، اکسیژن و گرما قرار میگیرند از موانع اصلی توسعه این فناوری بوده است.
اکنون پژوهشگران دانشگاه فناوری «کاوناس» (KTU) و همکاران بینالمللی آنان، راهکاری ساده یافتهاند که با تبدیل ماده اسیدی درون سلول خورشیدی به نمکی خنثی، پایداری و بازده این سلولها افزایش مییابد.
نتایج این پژوهش نشان میدهد، مواد جدید علاوه بر افزایش طول عمر سلولهای پروسکایتی، امکان تولید آنها با استفاده از حلالهای کمضررتر را نیز فراهم میکنند. پژوهشگران همچنین این فناوری را در ماژولهای خورشیدی بزرگتر و سلولهای خورشیدی «تاندم» (tandem) آزمایش کردند و به بازده تبدیل انرژی بیش از ۲۹ درصد دست یافتند.
سلول خورشیدی پروسکایتی از چندین لایه بسیار نازک تشکیل شده است که هر یک وظیفه متفاوتی دارند. یکی از این لایهها حاوی مولکولهایی موسوم به «تکلایههای خودآرا» (SAM) است که به انتقال بارهای الکتریکی مثبت به سمت الکترود کمک میکنند. با وجود ضخامت چند نانومتری این لایه، نقص در آن میتواند عملکرد کل سلول خورشیدی را کاهش دهد.
پژوهشگران دریافتند مولکولهای متداول «تکلایههای خودآرا» خاصیت اسیدی دارند و این اسیدیته بهمرور زمان میتواند به مواد مجاور آسیب بزند و نقصهای بسیار کوچکی ایجاد کند که مانع حرکت مناسب بارهای الکتریکی میشوند.
گروه پژوهشی دانشگاه فناوری «کاوناس» برای حل این مشکل، بخش اسیدی مولکولها را از نظر شیمیایی به نمکهای خنثی تبدیل کرد. این مولکولهای اصلاح شده همچنان به سطح زیرین خود اتصال محکمی دارند، اما احتمال ایجاد واکنشهای شیمیایی مخرب در آنها بسیار کمتر است.
یکی دیگر از مزایای این مواد جدید، حل شدن آنها در آب است، ویژگی که به تولیدکنندگان اجازه میدهد در فرایند ساخت، بدون استفاده از برخی حلالهای بالقوه زیانبار مورد استفاده در روشهای معمول، این مواد را روی سطح سلول اعمال کنند.
پژوهشگران برای بررسی امکان استفاده از این فناوری در مقیاس بزرگتر، با همکاری محققانی در چین، ماده جدید را روی ماژولهای خورشیدی بزرگتر نیز به کار گرفتند و موفق شدند پوششی یکنواخت و باکیفیت ایجاد کنند.
این روش در سلولهای خورشیدی «تاندم» نیز عملکرد مطلوبی داشت. این سلولها با ترکیب موادی که بخشهای متفاوتی از نور خورشید را جذب میکنند، میتوانند بازده بیشتری نسبت به سلولهای معمولی داشته باشند.
افزایش پایداری میتواند در آینده امکان استفاده از سلولهای پروسکایتی را در مکانهایی فراهم کند که نصب پنلهای سیلیکونی سنتی دشوار است. از آنجا که سلولهای پروسکایتی میتوانند بسیار نازک، سبک و انعطافپذیر باشند، امکان استفاده از آنها در نمای ساختمانها، پنجرهها و حتی منسوجات وجود دارد.
این فناوری حتی ممکن است برای کاربردهای فضایی نیز مزیتی داشته باشد. سلولهای پروسکایتی بسیار سبک هستند و به نظر میرسد در برابر تابش نیز مقاومت بیشتری نسبت به سلولهای سیلیکونی متداول دارند. افزون بر این، در فضا رطوبت و اکسیژن نیست بنابراین، دو عامل مهم تخریب سلولهای پروسکایتی روی زمین، در محیط فضایی وجود نخواهند داشت.
وبسایت تک نیوز گزارش کرد، پژوهشگران اکنون در مسیر تجاریسازی این فناوری قرار دارند. درخواست ثبت اختراع آن ارائه شده است و این گروه اعلام کرد که نمکهای خنثی «تکلایههای خودآرا» آن در آینده قابلیت عرضه تجاری خواهند داشت. اگر این فناوری بتواند دوام خود را در مقیاس صنعتی نیز ثابت کند، این تغییر شیمیایی ساده میتواند یکی از مهمترین موانع توسعه گسترده سلولهای خورشیدی پروسکایتی را برطرف کند.
نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
