تحقیقات انجامشده در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نشاندهنده بهبود یک ماده خورشیدی نازک است که قابلیت جذب نور در محیطهای داخلی را با کارایی بهتری افزایش داده و میتواند عملکرد خود را در گذر زمان حفظ کند. این نوآوری میتواند به توسعه ابزارهایی منجر شود که نیازی به باتریهای یکبارمصرف یا اتصال به پریز برق ندارند.
به سلولهای خورشیدی داخلی، که به عنوان «فتوولتائیک داخلی» نیز شناخته میشوند، قابلیت تبدیل نور لامپها و منابع نوری دیگر در ساختمانها به انرژی الکتریکی را دارند. این سلولها در مقایسه با صفحات خورشیدی طراحیشده برای فضای باز، نیازی به جذب دامنه وسیعی از طول موجهای موجود در نور خورشید ندارند. بلکه باید بهگونهای طراحی شوند که بتوانند تنها نور کمنور و محدودی را که معمولاً در فضاهای داخلی تولید میشود، جذب کنند.
تحقیقگران بر روی «پروسکایت هالید فلزی»، یک ماده نیمهرسانا که قابلیت تبدیل به لایههای بسیار نازک جاذب نور را دارد، تمرکز کردند. هدف آنان شامل کشف ترکیب شیمیایی بهینه و همچنین کاهش نواقص موجود در ماده بود که میتواند عملکرد دستگاه را تحت تأثیر قرار داده و عمر مفید آن را کاسته کند.
این گروه در ابتدا نسبتهای بروم و ید را در ساختار بلوری پروسکایت تغییر دادند. تغییر در این تناسب به آنها اجازه داد تا «گاف نواری» این ماده را تنظیم کنند که مشخصهای است که دامنه نوری را که ماده قادر به جذب آن است، تعیین میکند.
دانشمندان با تغییر تدریجی درصد بروم و ید، شش نوع مختلف از این ماده را تولید کردند و هر کدام از این نمونهها را مورد آزمایش قرار دادند تا میزان جذب طول موجهای نوری که معمولاً در محیطهای داخلی وجود دارند را بسنجند. بهترین عملکرد مربوط به مادهای بود که حاوی ۳۵ درصد بروم بود.
این تیم همچنین روش ساخت لایه پروسکایت را بهینهسازی کرد. معمولاً مواد اولیه در یک مایع حل میشوند و روی سطحی قرار داده میشوند، و با تبخیر حلال، بلوری شکل میگیرد و به یک لایه مستحکم تبدیل میشود.
برای بهبود عملکرد سلول خورشیدی، این لایه باید موازی، متراکم و تا حد امکان عاری از نقص و شکاف باشد. به جای استفاده از کلروبنزن که معمولاً برای این منظور به کار میرود، پژوهشگران از دیکلروبنزن استفاده کردند. این انتخاب به آنها کمک کرد تا فرایند بلوری شدن را مدیریت کرده و لایهای با کیفیت بهتر و ساختار دانهها را فشردهتر ایجاد کنند.
سپس، پژوهشگران یک لایه محافظ شامل نمکی به نام «فنیلاتیلآمونیوم برومید» (PEABr) به ترکیب اضافه کردند. این لایه رویسطح پروسکایت را پوشش داد، تعداد نقصها را کاهش داد و به حفاظت از ماده در برابر آسیبهای ناشی از نور شدید و با مدت زمان طولانی کمک کرد.
طی ۲۴۰ ساعت آزمایش، دستگاه محافظت شده هیچ نشانهای از افت عملکرد نشان نداد، حتی در مواجهه با نور با شدت غیرمعمول بالا. پژوهشگران بر اساس این شواهد پیشبینی کردند که دستگاه میتواند به مدت هزاران ساعت پایدار بماند.
این دستگاه همچنین در سطوح نوری که حدود ۱۰ تا ۵۰ برابر بالاتر از سطوح مورد نیاز در استانداردهای آزمایشی جدید برای سلولهای خورشیدی داخلی است، به کار خود ادامه داد. برخی از این سطوح نوری معادل نیمی از شدت نور مستقیم خورشید بود.
پژوهشگران بر این باورند که سلولهای خورشیدی پروسکایتی داخلی ممکن است در نهایت توان تأمین انرژی برای ترموستاتهای هوشمند، کنترلهای تلویزیون، حسگرها و تجهیزات پزشکی پوشیدنی را داشته باشند. این نوآوری میتواند نیاز به تعویض باتریها را کاهش داده و استفاده از وسایل الکترونیکی کوچک در مکانهایی با دسترسی محدود به پریز برق را تسهیل کند.
انتشار گزارش از سوی سایت نوریج حاکی از آن است که با این حال، این فناوری هنوز برای استفاده عمومی آماده نیست. پروسکایتها در شرایط سخت به سرعت تخریب میشوند و بنابراین، محققین باید بر روی افزایش دوام آنها کار کنند و روشهای اندازهگیری عملکرد بلندمدت آنها را بهبود بخشند.
نتایج این تحقیق در نشریه APL Energy منتشر شده است.
انتهای پیام
نظرات کاربران