بادوام‌ترین و بهینه‌ترین سلول خورشیدی ساخته‌شده، رکوردهای جهان را شکست

محققان در مطالعه‌ای جدید، روشی را برای افزایش طول عمر و کارایی سلول‌های خورشیدی پروسکایت ابداع کرده و پس از آزمایش‌های طاقت‌فرسا و طولانی‌مدت، به خروجی‌های رکوردشکن دست یافته‌اند. این سلول‌های خورشیدی پس از بیش از ۱٬۵۰۰ ساعت استفاده، به بازده تبدیل انرژی فوق‌العاده‌ی ۲۰٫۱ درصد دست یافتند. این پیشرفت راه را برای سلول‌های خورشیدی ارزان‌تر، کارآمدتر و بادوام‌تر هموار می‌کند.

سلول‌های خورشیدی پروسکایت در مقایسه با جایگزین رایج‌تر که مبتنی بر سیلیکون است، عملکرد بهتری دارند و به همین دلیل در دهه‌ی گذشته توجهات زیادی را به خود جلب کرده‌اند. بااین‌حال این فناوری فعلا به‌دلیل ناپایداری و طول عمر محدود، از نظر تجاری بادوام نیست.

پژوهشگران به‌منظور غلبه بر مشکلات یادشده، به دنبال ساخت ابزاری برای تغییر شیمیایی سطح سلول‌های پروسکایت رفتند تا در فرآیندی معروف به «غیرفعال‌سازی»، ضمن رفع عیوب، دوام و کارآیی آن‌ها را افزایش دهند. ین هونگ لین، نویسنده‌ی مطالعه، توضیح داد که «غیرفعال‌سازی به اشکال مختلف در بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی پروسکایت در دهه‌ی گذشته بسیار مهم بوده است.»

لین ادامه داد: «بااین‌حال بهبود روش‌های غیرفعال‌سازی که به بالاترین حد بازدهی منجر می‌شوند، معمولا ثبات عملیاتی طولانی‌مدت را بهبود نمی‌بخشند.»

محققان دریافتند که پردازش سطح سلول پروسکایت با ترکیبات خاصی از مواد شیمیایی به نام آمینو‌سیلان‌ها، عملکرد 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، به‌طرز شگفت‌انگیز تا ۶۰ برابر افزایش دهند.

علاوه‌براین، پایداری عملیاتی سلول‌های پروسکایت، پس از بیش از ۱۵۰۰ ساعت آزمایش در زیر نور خورشید با طیف کامل، بالا باقی ماند. بازده تبدیل انرژی در پایان این مطالعه‌ی طولانی، در ۹۵ درصد مقدار اولیه‌ی خود بود. به‌طور مطلق، سلول‌هایی که بهترین عملکرد را داشتند، در طول آزمایش‌ها به بازده تبدیل انرژی چشمگیر ۲۰٫۱ درصد دست یافتند و این بهترین ارقامی است که تاکنون 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. به‌گفته‌ی لین، این طراحی با جذب بخش‌های مختلف نور خورشید در هر لایه، بهره‌گیری از طیف خورشیدی را به حداکثر می‌رساند و به بازده کلی بالاتر منجر می‌شود.

کسب نتایج عالی از سلول پروسکایت با استفاده از دو سلول مختلف به ابعاد ۰٫۲۵ و یک سانتی‌متر‌مربع به دست آمد. به گفته‌ی محققان، این پیشرفت اکنون می‌تواند تولید سلول‌های خورشیدی پروسکایتی پایدار، بادوام و کارآمد را در مقیاس بزرگ تسهیل کند.

مطالعه در مجله Science منتشر شده است.