سلولهای پروسکایت: ‘کلید’ افزایش راندمان و پایداری
ایران سولار | در دنیای امروز که تقاضا برای انرژیهای پاک و تجدیدپذیر به اوج خود رسیده است، فناوری فتوولتائیک یا همان تولید برق از نور خورشید، نقشی حیاتی ایفا میکند. در میان فناوریهای مختلف، سلولهای پروسکایت بهعنوان یک پدیده نوظهور و بسیار امیدوارکننده، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کردهاند. این سلولها پتانسیل دستیابی به راندمان بالا با هزینههای تولید بسیار پایین را دارند، اما دو چالش بزرگ همواره مسیر تجاریسازی آنها را ناهموار کرده است: پایداری پایین و افت راندمان در طول زمان. اکنون، به نظر میرسد دانشمندان راهی برای عبور از این موانع پیدا کردهاند.
چالشهای دوگانه در مسیر توسعه سلولهای پروسکایت
مهمترین مزیت سلولهای خورشیدی مبتنی بر پروسکایت، توانایی آنها در جذب طیف گستردهای از نور خورشید و تبدیل آن به الکتریسیته با بازدهی شگفتانگیز است. راندمان این سلولها در محیط آزمایشگاهی بهسرعت به سطحی نزدیک به سلولهای سیلیکونی سنتی رسیده است که دههها صرف توسعه آنها شده است. با این حال، ساختار کریستالی مواد پروسکایت ذاتاً به عواملی مانند رطوبت، اکسیژن و حرارت حساس است. این حساسیت باعث میشود که سلولها در شرایط واقعی و در معرض محیط، بهسرعت تخریب شده و کارایی خود را از دست بدهند. این مسئله، یعنی “پایداری”، پاشنه آشیل این فناوری محسوب میشود و مانع اصلی برای تولید انبوه و استفاده گسترده از آنها بوده است. مهندسان و دانشمندان همواره در یک موازنه دشوار قرار داشتهاند: هر تلاشی برای افزایش راندمان، اغلب به قیمت کاهش پایداری تمام میشد و بالعکس.
یک راهکار هوشمندانه: استفاده از مواد بیاثر برای افزایش پایداری
برای غلبه بر این چالش بزرگ، تیمی از محققان در سنگاپور یک رویکرد خلاقانه و بسیار مؤثر را ابداع کردهاند. آنها با افزودن یک لایه از مواد “بیاثر” یا خنثی به ساختار سلول، توانستهاند همزمان راندمان و پایداری را به شکل چشمگیری افزایش دهند. بر اساس تحقیقاتی که توسط دانشگاه صنعتی نانیانگ (NTU) سنگاپور منتشر شده است، این روش شامل وارد کردن یک ماده شیمیایی خاص به لایه پروسکایت است. این ماده بیاثر، مانند یک داربست محافظ عمل میکند و نقصها و شکافهای میکروسکوپی موجود در ساختار کریستالی پروسکایت را پر میکند. این نقصها معمولاً نقاطی هستند که تخریب از آنها آغاز میشود و الکترونها در آنها به دام میافتند و باعث کاهش راندمان میشوند. با “ترمیم” این نقصها، ساختار سلول قویتر و در برابر عوامل محیطی مقاومتر میشود.
نتایج شگفتانگیز این رویکرد جدید برای سلولهای پروسکایت
نتایج حاصل از این نوآوری فراتر از حد انتظار بوده است. سلول خورشیدی توسعهیافته با این روش به راندمان تبدیل انرژی ۲۴.۳۵ درصد دست یافت که یکی از بالاترین رکوردهای ثبتشده برای این نوع سلولها محسوب میشود. اما دستاورد مهمتر، در زمینه پایداری به دست آمد. این سلول توانست پس از ۱۰۰۰ ساعت کار مداوم زیر نور شبیهسازیشده خورشید و در حداکثر توان، ۹۹ درصد از راندمان اولیه خود را حفظ کند. این سطح از پایداری، یک جهش بزرگ در فناوری سلولهای پروسکایت است و آن را یک گام بزرگ به استانداردهای لازم برای کاربردهای تجاری نزدیکتر میکند. این موفقیت نشان میدهد که دیگر نیازی به مصالحه بین راندمان و پایداری نیست و میتوان هر دو ویژگی را بهطور همزمان بهبود بخشید.
آینده انرژی خورشیدی در دستان پروسکایتهای پایدار
این پیشرفت علمی پیامدهای گستردهای برای آینده انرژی خورشیدی دارد. با حل شدن مشکل پایداری، سلولهای پروسکایت میتوانند به یک جایگزین جدی و حتی برتر برای سلولهای سیلیکونی تبدیل شوند. هزینه تولید پایین، وزن سبک و انعطافپذیری از دیگر مزایای این فناوری است که کاربردهای جدیدی را ممکن میسازد. میتوان آیندهای را تصور کرد که در آن پنجرههای ساختمانها، نمای خارجی وسایل نقلیه، و حتی لباسها به پنلهای خورشیدی پروسکایت مجهز شده و انرژی مورد نیاز خود را تولید میکنند. این فناوری همچنین میتواند بهصورت ترکیبی با سلولهای سیلیکونی (Tandem) به کار گرفته شود تا راندمان پنلهای خورشیدی را به سطوح بیسابقهای برساند. بدون شک، این نوآوری مسیر را برای تجاریسازی گسترده سلولهای پروسکایت هموارتر کرده و نقش آنها را در گذار جهانی به سمت انرژیهای پاک و پایدار پررنگتر خواهد کرد.
