بادوام‌ترین و بهینه‌ترین سلول خورشیدی ساخته‌شده، رکوردهای جهان را شکست_مجله رشد

محققان در مطالعه‌ای تازه، روشی را برای افزایش طول عمر و کارایی سلول‌های خورشیدی پروسکایت ابداع کرده و بعد از آزمایش‌های طاقت‌فرسا و طویل‌زمان، به خروجی‌های رکوردشکن دست یافته‌اند. این سلول‌های خورشیدی بعد از بیشتر از ۱٬۵۰۰ ساعت منفعت گیری، به بازده تبدیل انرژی بسیار‌ی ۲۰٫۱ درصد دست یافتند. این پیشرفت راه را برای سلول‌های خورشیدی ارزان‌تر، کارآمدتر و بادوام‌تر هموار می‌کند.

سلول‌های خورشیدی پروسکایت در قیاس با جانشین رایج‌تر که مبتنی بر سیلیکون است، کارکرد بهتری دارند و به همین علت در دهه‌ی قبل توجهات بسیاری را به خود جلب کرده‌اند. بااین‌حال این فناوری فعلا به‌علت ناپایداری و طول عمر محدود، از نظر تجاری بادوام نیست.

پژوهشگران به‌منظور تسلط بر مشکلات یادشده، به جستوجو ساخت ابزاری برای تحول شیمیایی سطح سلول‌های پروسکایت رفتند تا در فرآیندی معروف به «غیرفعال‌سازی»، ضمن از بین بردن عیوب، دوام و کارآیی آن‌ها را افزایش دهند. ین هونگ لین، نویسنده‌ی مطالعه، گفت که «غیرفعال‌سازی به اشکال گوناگون در بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی پروسکایت در دهه‌ی قبل زیاد مهم بوده است.»

لین در ادامه گفت: «بااین‌حال بهبود راه حلهای غیرفعال‌سازی که به بیشترین حد بازدهی منجر خواهد شد، طبق معمول ارامش عملیاتی طویل‌زمان را بهبود نمی‌بخشند.»

محققان دریافتند که پردازش سطح سلول پروسکایت با ترکیبات خاصی از مواد شیمیایی به نام آمینو‌سیلان‌ها، کارکرد و طول عمر آن‌ها را به شدت بهبود می‌بخشد. درمجموع آن‌ها توانستند «بازده کوانتومی فوتولومینسانس» را که به توانایی ماده برای تبدیل نور جذب‌شده به انرژی ساطع‌شده اشاره دارد، به‌نحوه شگفت‌انگیز تا ۶۰ برابر افزایش دهند.

علاوه‌براین، پایداری عملیاتی سلول‌های پروسکایت، بعد از بیشتر از ۱۵۰۰ ساعت آزمایش در زیر نور خورشید با طیف کامل، بالا باقی ماند. بازده تبدیل انرژی در آخر این مطالعه‌ی طویل، در ۹۵ درصد مقدار اولیه‌ی خود می بود. به‌طور مطلق، سلول‌هایی که بهترین کارکرد را داشتند، در طول آزمایش‌ها به بازده تبدیل انرژی دیدنی ۲۰٫۱ درصد دست یافتند و این بهترین ارقامی است که تا بحال برای سلول‌های پروسکایت گزارش شده است.

سلول‌های پروسکایت به طور موثر درصد بالایی از نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل کردند. آن‌ها طول موج‌های مختلفی را از طیف الکترومغناطیسی جذب و پردازش کردند. به‌حرف های‌ی لین، این طراحی با جذب قسمت‌های گوناگون نور خورشید در هر لایه، منفعت‌گیری از طیف خورشیدی را به حداکثر می‌رساند و به بازده کلی بالاتر منجر می‌بشود.

کسب نتایج عالی از سلول پروسکایت با منفعت گیری از دو سلول گوناگون به ابعاد ۰٫۲۵ و یک سانتی‌متر‌مربع به دست آمد. به حرف های‌ی محققان، این پیشرفت اکنون می‌تواند تشکیل سلول‌های خورشیدی پروسکایتی پایدار، بادوام و کارآمد را در مقیاس بزرگ تسهیل کند.

مطالعه در مجله Science انتشار شده است.