یک تغییر ساده بازده سلولهای خورشیدی را از ۲۹ درصد عبور داد
پژوهشگران لیتوانی و همکاران بینالمللی آنها با ایجاد تغییری ساده در یک لایه مولکولی فوقنازک در سلولهای خورشیدی تاندِم پروسکایتی موفق شدند بازده تبدیل انرژی این سلولها را به بیش از ۲۹ درصد افزایش دهند. این روش با کاهش خوردگی و افزایش پایداری رابط میان لایههای سلول عملکرد آن را بهبود میدهد و برای آن درخواست ثبت اختراع نیز ارائه شده است.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از interesting engineering، پژوهشگران دانشگاه فناوری کاوناس (KTU) در لیتوانی و همکاران بینالمللی آنها با اصلاح یک لایه مولکولی فوقنازک که وظیفه انتقال حاملهای بار مثبت در سلول خورشیدی را بر عهده دارد توانستند رابط پایدارتر و مقاومتری میان لایههای مختلف سلول ایجاد کنند.
این اصلاح باعث کاهش خوردگی در محل اتصال لایهها شد و به سلولهای خورشیدی اجازه داد در مدت زمان طولانیتری بازده و عملکرد بالای خود را حفظ کنند.
سلول خورشیدی ساندویچی چندلایه
کاسپراس راکشتس پژوهشگر دانشگاه فناوری کاوناس با تشبیه سلول خورشیدی به یک ساختار چندلایه توضیح داد که تمام لایههای آن باید بهدرستی و کاملا با یکدیگر ارتباط داشته باشند تا دستگاه بتواند با بیشترین بازده فعالیت کند.
او گفت میتوان سلول خورشیدی را به یک ساندویچ چندلایه تشبیه کرد که هر لایه آن از مادهای متفاوت ساخته شده و وظیفه مشخصی دارد؛ بنابراین کیفیت اتصال میان این لایهها نقش مهمی در عملکرد نهایی سلول ایفا میکند.
راهکار جدید پژوهشگران بر اصلاح گروه مولکولی مسئول اتصال به لایه اکسید فلزی متمرکز بود. آنها به جای استفاده از شکل اسیدی متداول این مولکولها آن را به یک نمک یونی تبدیل کردند.
نتیجه این تغییر ساده دستیابی به بازده تبدیل توان بیش از ۲۹ درصد در سلولهای خورشیدی تاندِم پروسکایتی بود.
مقابله با مشکل خوردگی در رابط لایهها
سلولهای خورشیدی پروسکایتی از جمله فناوریهای فتوولتائیک لایهنازک محسوب میشوند که در آنها ماده پروسکایتی بهعنوان لایه فعال جذبکننده نور مورد استفاده قرار میگیرد. این سلولها به دلیل وزن کم، انعطافپذیری و هزینه نسبتا پایین تولید بهعنوان یکی از فناوریهای امیدوارکننده در حوزه انرژی خورشیدی شناخته میشوند.
با این حال عملکرد این سلولها میتواند در اثر قرار گرفتن در معرض رطوبت، اکسیژن و گرما کاهش پیدا کند. از سوی دیگر یک سلول خورشیدی از چندین لایه تشکیل شده است که باید بهصورت هماهنگ برای جمعآوری و انتقال بارهای الکتریکی فعالیت کنند. هرگونه نقص در رابط میان این لایهها میتواند عملکرد کلی سلول را بهشدت تحت تأثیر قرار دهد.
دانشمندان در سالهای اخیر برای انتقال بار از ساختارهایی موسوم به تکلایههای خودآرا یا SAM استفاده کردهاند. این ساختارها که نخستین بار در سال ۲۰۱۸ برای این کاربرد معرفی شدند از لایهای بسیار نازک از مولکولها تشکیل شدهاند و مانند نوعی چسب مولکولی عمل میکنند.
این لایهها وظیفه انتقال حاملهای بار مثبت که به آنها حفره یا hole گفته میشود به سمت الکترود را بر عهده دارند.
با این حال به گفته راکشتس استفاده از این مولکولها با یک مشکل مهم همراه بود. ماهیت اسیدی آنها میتوانست بهتدریج موجب خوردگی لایههای مجاور شود و در محل اتصال لایهها نقص ایجاد کند. این نقصها انتقال بار الکتریکی را مختل میکردند و در نهایت باعث کاهش بازده و کوتاهتر شدن عمر عملیاتی سلول میشدند.
یک تغییر مولکولی ساده
پژوهشگران برای حل این مشکل بخشی از مولکول SAM را که به لایه تماس اکسید فلزی متصل میشود اصلاح کردند. آنها این مولکولها را از نظر شیمیایی به نمکهای یونی خنثی تبدیل کردند تا ماهیت اسیدی و خورنده آنها از بین برود.
راکشتس در اینباره گفت: در این مطالعه ما بهسادگی مولکولهای اسیدی را با تبدیل آنها به نمکهای شیمیایی خنثی کردیم و رابطی غیرتهاجمی ایجاد کردیم که به سلول خورشیدی اجازه میدهد با پایداری و بازده بیشتری فعالیت کند.
به گفته پژوهشگران مولکولهای نمکی جدید همچنان میتوانند با قدرت بالایی به سطوح اکسید فلزی متصل شوند. علاوه بر این این مواد در آب حل میشوند و بنابراین میتوان لایه موردنظر را بدون استفاده از حلالهای سمی روی سطح سلول ایجاد کرد.
این لایه اصلاحشده تنها چند نانومتر ضخامت دارد، اما همین لایه فوقنازک میتواند تاثیر قابلتوجهی بر میزان کارآمدی انتقال بار در سلول خورشیدی داشته باشد.
آزمایش روی ماژولهای بزرگتر
پژوهشگران برای بررسی امکان استفاده عملی از این روش با همکارانی در چین همکاری کردند. آنها نشان دادند که این فناوری فقط در سلولهای کوچک آزمایشگاهی قابل استفاده نیست و میتوان آن را در ماژولهای خورشیدی با سطح بزرگتر نیز به کار گرفت.
نتایج آزمایشها نشان داد این روش میتواند پوششی یکنواخت و باکیفیت ایجاد کند، ویژگیای که برای حرکت از آزمایشهای آزمایشگاهی به سمت آزمونهای عملیتر و در مقیاس بزرگ اهمیت زیادی دارد.
بازده بیش از ۲۹ درصد در سلولهای تاندم
این روش همچنین در سلولهای خورشیدی تاندِم پروسکایتی آزمایش شد. سلولهای تاندم با استفاده از چند لایه جاذب نور متفاوت بخش گستردهتری از طیف نور خورشید را جذب میکنند و به همین دلیل از ظرفیت بالایی برای دستیابی به بازده بیشتر نسبت به سلولهای تکلایه برخوردارند.
راکشتس اعلام کرد: با استفاده از رویکرد جدید خود به بازده تبدیل توان بیش از ۲۹ درصد در سلولهای خورشیدی تاندم پروسکایتی دست یافتیم که یکی از بالاترین مقادیر گزارششده تا به امروز.
پژوهشگران امیدوارند این فناوری در آینده زمینه را برای تولید انواع متنوعتر و کاربردیتر سلولهای خورشیدی فراهم کند؛ از جمله سلولهایی که بتوان آنها را در نمای ساختمانها، پنجرهها و حتی منسوجات به کار گرفت.
این گروه پژوهشی تاکنون برای فناوری جدید خود درخواست ثبت اختراع ارائه کرده است و اکنون در حال حرکت به سمت مراحل توسعه و تجاریسازی آن است.
انتهای پیام/
