مطالعه یک مجموعه جدید تمام پروسکایتی را توصیف می کند خورشیدی سلولی که پتانسیل ارائه روشی ارزان و کارآمدتر برای مهار انرژی خورشید برای تولید نیروی الکتریکی را دارد.
اتکای ما به منبع غیر قابل تجدید انرژی سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، نفت، گاز، تأثیرات منفی شگرفی بر انسان و محیط زیست داشته است. سوزاندن سوخت های فسیلی بر اثر گلخانه ای می افزاید و باعث گرم شدن کره زمین می شود، زیستگاه ها را از بین می برد، باعث آلودگی هوا، آب و زمین می شود و بر سلامت عمومی تأثیر می گذارد. نیاز مبرمی به ساخت فناوری پایدار وجود دارد که می‌تواند کمک کند قدرت جهان با استفاده از انرژی پاک انرژی خورشیدی فناوری یکی از این روش‌هاست که توانایی مهار نور خورشید - فراوان‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر - و تبدیل آن به انرژی الکتریکی یا نیرو را دارد. عوامل سودمند از خورشیدی انرژی از نظر منفعت انسان و محیط زیست نقش اساسی در ترویج استفاده از آن داشته است خورشیدی انرژی.
سیلیکون ماده ای است که معمولاً برای ساخت آن استفاده می شود خورشیدی سلولها در پانل های خورشیدی که امروزه در بازار موجود است. فرآیند فتوولتائیک از خورشیدی سلول ها می توانند نور خورشید را بدون استفاده اضافی از سوخت به برق تبدیل کنند. طراحی و کارایی سیلیکون خورشیدی پانل ها در طول دهه ها به دلیل پیشرفت در تولید و فناوری به طور قابل توجهی بهبود یافته اند. راندمان فتوولتائیک a خورشیدی سلول به عنوان بخشی از انرژی که به صورت نور خورشید است و می تواند به الکتریسیته تبدیل شود، تعریف می شود. راندمان فتوولتائیک و هزینه های کلی دو عامل اصلی محدود کننده در این زمینه هستند خورشیدی پانل های امروز
به غیر از سیلیکون خورشیدی سلول ها، پشت سر هم خورشیدی سلول‌هایی نیز در دسترس هستند که در آنها سلول‌های خاصی استفاده می‌شود که برای هر بخش از طیف خورشید بهینه شده‌اند و در نتیجه منجر به افزایش کارایی کلی می‌شوند. ماده ای به نام پروسکایت در جذب فوتون های آبی پرانرژی از نور خورشید، یعنی بخشی دیگر از طیف خورشید، بهتر از سیلیکون در نظر گرفته می شود. پروسکایت ها مواد پلی کریستالی هستند (معمولاً تری هالید سرب متیل آمونیوم (CH3NH3PbX3، که در آن X ید، برم یا اتم کلر است). پروسکایت ها به راحتی در لایه های جذب نور خورشید پردازش می شوند. مطالعات قبلی سیلیکون و پروسکیت ها را در سلول های خورشیدی ترکیب کرده اند، یعنی سلول های سیلیکونی روی سلول های خورشیدی دارند. بالا که می تواند فوتون های زرد، قرمز و نزدیک به فروسرخ را همراه با سلول های پروسکایت جذب کند، بنابراین تولید نیرو تقریباً دو برابر می شود.
در یک مطالعه جدید منتشر شده در علم در 3 می، محققان برای اولین بار تمام سلول های خورشیدی پشت سر هم پروسکایت را توسعه دادند که بازدهی تا 25 درصد را می دهد. این ماده به نام فیلم پروسکایت با شکاف کم باند مخلوط سرب-قلع ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA برای فرمیدینیم و MA برای متیل آمونیوم). قلع این مضرات را دارد که با اکسیژن هوا واکنش می دهد و باعث ایجاد نقص در شبکه کریستالی می شود که می تواند حرکت بار الکتریکی را مختل کند. خورشیدی سلول در نتیجه کارایی سلول را محدود می کند. محققان راهی برای جلوگیری از واکنش قلع موجود در پروسکایت با اکسیژن پیدا کردند. آنها از یک ترکیب شیمیایی به نام گوانیدینیم تیوسیانات استفاده کردند تا به طور قابل توجهی خواص ساختاری و اپتوالکترونیکی فیلم‌های پروسکایت با شکاف کم باند مخلوط سرب-قلع را بهبود بخشد. ترکیب گوانیدینیم تیوسیانات بلورهای پروسکایت را می پوشاند خورشیدی جذب فیلم در نتیجه از ورود اکسیژن به داخل برای واکنش با قلع جلوگیری می کند. این کار به سرعت بازده سلول خورشیدی را از 18 به 20 درصد افزایش می دهد. همچنین، هنگامی که این ماده جدید با لایه پروسکایت بالایی با جذب بالا که به طور معمول استفاده می شود ترکیب شد، راندمان به 25 درصد افزایش یافت.
مطالعه حاضر برای اولین بار طراحی سلول های خورشیدی پشت سر هم با استفاده از تمام لایه های نازک پروسکایت را توصیف می کند و این فناوری می تواند روزی جایگزین سیلیکون در سلول های خورشیدی شود. این ماده جدید از کیفیت بالایی برخوردار است، ارزان است و ساخت آن ساده تر است در حالی که هزینه آن در مقایسه با سلول های پشت سر هم سیلیکون و سیلیکون-پروسکیت پایین است. پروسکایت ها در مقایسه با سیلیکون مواد ساخته شده توسط انسان هستند و پانل های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت انعطاف پذیر، سبک و نیمه شفاف هستند. اگر چه مواد فعلی مدتی طول می کشد تا از کارایی فناوری سیلیکون پروسکایت پیشی بگیرد. با این وجود، فیلم‌های پلی کریستالی مبتنی بر پروسکایت پتانسیل طراحی سلول‌های خورشیدی پشت سر هم را دارند که می‌توانند بازدهی تا 30 درصد را فراهم کنند و در عین حال عوامل دیگر را بدون مانع نگه می‌دارند. مطالعات بیشتری برای مقاوم سازی، پایداری بیشتر و همچنین قابل بازیافت مواد برای کاهش تاثیر بر محیط مورد نیاز است. بخش انرژی خورشیدی یکی از سریع‌ترین بخش‌ها در حال رشد است و هدف نهایی کشف یک جایگزین امیدوارکننده برای انرژی پاک است.
***
{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}
منبع (ها)
تانگ جی و همکاران طول عمر حامل های 2019 بیش از 1 میکرو ثانیه در پروسکایت های Sn-Pb سلول های خورشیدی پشت سر هم تمام پروسکایتی کارآمد را ممکن می کند. علم، 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
