دوام سلولهای خورشیدی جدید تا ۱۰۰۰۰ ساعت
تیمی از دانشمندان، موفق به ساخت یک سلول خورشیدی قابل پرینت و کم هزینه شده اند که می تواند در شرایط واقعی جهان بیش از یک ساعت دوام بیاورد، و انتقال این سلولهای خورشیدی رکوردشکن از شرایط آزمایشگاه به دنیای واقعی و کسب و کار ممکن شده است. سلول های خورشیدی یاد شده از گروه خاصی از مواد به نام پروسکایت ها ساخته شده اند.
گویا آی تی – پرووسکایت ها، نوعی از مواد معدنی هستند، که از زمان به کارگیری در سلول های خورشیدی در سال ۲۰۰۹، به عنوان بزرگترین کشف بشر در رابطه با انرژی های تجدید پذیر معرفی شده اند. این مواد معدنی از خصوصیات جالبی نظیر ابررسانایی، مقاومت مغناطیسی، و رسانایی یونی برخوردارند که برای علم میکروالکترونیک، بسیار حائز اهمیت هستند.
در سال ۲۰۱۶، در نظریه ها تصور می شد که می توان با استفاده از پروسکایت ها سلولهای خورشیدی ساخت، به طوری که حداکثر بازده آن ها ۳۱ درصد باشد – این مقدار حتی از بهترین فناوری های خورشیدی سیلیکونی موجود، بیشتر است.
اگرچه ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت ساده است و دانشمندان تاکنون در آزمایشگاه به بازه های بیش از ۲۲ درصد دست یافته اند، به محض آنکه از این مواد در شرایط واقعی استفاده شود، حضور اکسیژن و رطوبت هوا، آن ها را تخریب خواهد کرد.
به دلایل مشابه، تولید سلولهای خورشیدی قابل چاپی که بر اساس فناوری پلیمر رسانا ساخته شده و از قابلیت چاپ با فناوری پرینت اسکناس های پلیمیری برخوردارند، به کندی انجام می شود.
دانشمندانی از کشور سوئیس، موفق شده اند با استفاده از نوع جدیدی از ساختار سلولهای خورشیدی پروسکایتی، بر این محدودیت غلبه کنند، و سلولهایی با بازده ۲/۱۱ درصدی بسازند – این عدد به بازده معمول بسیاری از پانل های خورشیدی پشت بام ها که از جنس سیلیکون هستند، نزدیک است- که از پایداری اجرایی نیز برخوردارند.
این تیم توانسته است یک سلول خورشیدی دوگانه را با پروسکایت های دو بعدی و سه بعدی بسازد. در ساخت این سلول، از انواع مختلفی از پروسکایت ها استفاده شده است تا دو ویژگی بسیار مهم برای بازده بالا و دوام طولانی را ایجاد کنند – یعنی مقاومت در برابر اکسیژن و آب و انتقال بار.
پروسکایت های دوبعدی به عنوان یک لایه محافظ در برابر رطوبت عمل کرده و قابلیت تولید الکتریسیته را در پروسکایت های سه بعدی حفظ می کنند.
دو نوع مختلف از پروسکایت ها، به روش شیمیایی تر و در یک لوله آزمایش ساخته شده اند و پس از آن، برای بهینه سازی سلول خورشیدی به نسبت های مختلف با یکدیگر مخلوط شده اند.
محمد خواجه نظیرالدین، رهبر پروژه از موسسه پلی تکنیک فدرال لوزان (EPFL) به Science Alert گفته است: ” مهمترین یافته در این رابطه، شناسایی وجود رابط های چند بعدی (۲ بعدی/سه بعدی) است.”
او افزوده است:” ما باور داریم که این نتایج جرقه ای برای مطالعات آینده خواهد بود و دیدگاه ما در مورد فوتوولتائیک های ساخته شده از پروسکایت ها را، باز تر خواهد کرد.”
سلول های خورشیدی دوگانه ای که از پروسکایت های دوبعدی/سه بعدی تشکیل شده اند، با قرار دادن محتوای مختلف سلول های خورشیدی به شکل لایه لایه، مانند یک ساندویچ ساخته شده اند. برای نشان دادن پتانسیل تولید این فناوری، دانشمندان این پانل خورشیدی ۱۰ در ۱۰ سانتی متری را که شکلی مشابه تصویر زیر دارد، ساخته اند:
این سلول خورشیدی می تواند در شرایط استاندارد تا بیش از ۱۰۰۰۰ ساعت دوام بیاورد و حداکثر بازده به دست آمده با ترکیب پروسکایت های دوبعدی/سه بعدی ۶/۱۴ درصد بوده است.
آن ها امیدوار هستند که درآینده، بهینه سازی بیشتر ساختار درونی پانل ها بتواند این سلول ها را بیشتر به بازده های تئوری نزدیک کند.
نظیرالدین می گوید:” مهندسی بهتر این ترکیب، توسط رابط های چند بعدی و جهت گیری اولویت بندی شده کریستال های پروسکات ها، هسته اصلی تحقیقات ما در آزمایشگاه خواهد بود.”
ساخت پانل های خورشیدی کم هزینه، قابل چاپ و با دوام بیش از هر زمان دیگری ممکن شده است و به نظر می رسد که قرار است این سلول ها از فضای امن آزمایشگاه ها خارج شوند.