ارتقاء کارایی سلول‌های خورشیدی نسل جدید با استفاده از ماده‌ای به نام «آبی‌پروس»
تحقیقات انجام‌شده توسط گروهی از پژوهشگران چینی نشان می‌دهد که استفاده از «آبی پروس» (Prussian Blue) منجر به بهبود فرآیند شکل‌گیری مواد پروسکایتی که در سلول‌های خورشیدی به کار می‌روند، شده و همچنین حرکت ذرات باردار که ممکن است به این مواد آسیب برسانند را محدود کرده است.
مواد پروسکایتی به دلیل قابلیت بالای تبدیل نور خورشید به برق مورد توجه قرار گرفته‌اند و به عنوان یک فناوری نوین در عرصه انرژی خورشیدی شناخته می‌شوند. با این وجود، حفظ عملکرد موثر آنها در طول زمان و در ابعاد وسیع همچنان چالشی بزرگ به شمار می‌رود.
یکی از چالش‌ها از مرحله تولید آغاز می‌شود. هنگام تشکیل لایه‌ای نازک از پروسکایت، بلورهای آن ممکن است به‌صورت نامنظم و غیر یکدست رشد کنند که این امر سبب ایجاد نقص‌ها و تنش‌های داخلی می‌شود. این عیوب می‌توانند در فرآیند تولید برق مشکل‌ساز شوند.
مشکلی دیگر نیز در حین عملکرد سلول پیش می‌آید. اتم‌های بارداری که به آنها «یون» گفته می‌شود، وقتی ماده در معرض نور، دما یا میدان‌های الکتریکی قرار می‌گیرد، ممکن است جابه‌جا شوند. این جابه‌جایی می‌تواند به تخریب ماده منجر گردد.
پژوهشگران توانستند روشی بر مبنای «آبی پروس» ایجاد کنند که به‌طور همزمان به حل این دو مشکل بپردازد. «آبی پروس» به‌دلیل چارچوب منظم و سازگار با ساختار پروسکایتی، به‌عنوان الگو برای هدایت فرایند شکل‌گیری بلورها استفاده شده و این امکان را فراهم کرد تا بلورها به‌طور کنترل‌شده و منظم‌تری رشد کنند.
به جای اینکه فرایند تشکیل بلورها به‌صورت نامنظم در سراسر لایه آغاز شود، این چارچوب زمینه مناسب‌تری را برای رشد منظم بلورها فراهم نمود. همچنین این روش به کاهش تشکیل ساختارهای میانی ناخواسته و نوعی پروسکایت که نمی‌تواند به‌طور مؤثر نور خورشید را به برق تبدیل کند، منجر شد. این عوامل در نهایت کمک کردند تا لایه با سرعت بیشتری به حالت پایدار و بهینه برای جذب نور تبدیل شود.
بلورهای حاصل در یک جهت خاص رشد کردند و میزان تنش کششی در داخل لایه به‌طور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافت. «آبی پروس» به کنترل یون‌های متحرک نیز کمک کردند، به‌گونه‌ای که این چارچوب قادر است یون‌های با بار مثبت را در خود جذب و نگه‌داری کند، در حالی که ساختار خودش را حفظ می‌کند. این ویژگی ابزاری مؤثر برای محدود کردن جابه‌جایی یون‌ها فراهم می‌آورد که می‌توانند هنگام عملکرد سلول منجر به ایجاد یا تشدید نقص‌ها شوند.
پژوهشگران برای رصد این تغییرات از تکنیک‌های پیشرفته پرتو ایکس در «مرکز تابش سنکروترون پکن» بهره بردند. این اندازه‌گیری‌ها به آنها این امکان را داد تا پروسه تشکیل لایه‌ها را از نزدیک مشاهده کرده و تغییرات اطراف اتم‌های منفرد در چارچوب «آبی پروس» را بررسی کنند.
دستگاه‌های بهبود یافته در سلول‌های کوچک موفق به دستیابی به بازده تبدیل نور خورشید به برق ۲۶.۹ درصد شدند. در ماژول‌هایی با ابعاد ۶ در ۶ سانتی‌متر، این بازده به ۲۳.۴ درصد رسید و زیرماژول‌های بزرگ‌تر با ابعاد ۳۰ در ۳۰ سانتی‌متر نیز به بازده تایید شده ۲۲.۹ درصد دست یافتند.
این نتایج در مقیاس وسیع اهمیت خاصی دارند، زیرا عملکرد عالی سلول آزمایشگاهی کوچک همواره به معنای عملکرد مشابه در یک پنل خورشیدی واقعی نخواهد بود.
بر اساس گزارشی از سایت نوریج، این یافته‌ها نشان می‌دهند که «آبی پروس» می‌تواند نه تنها در رفع نقص‌های ناشی از فرایند تولید موثر باشد بلکه به محدود کردن حرکت ناپسند یون‌ها نیز کمک کند. هرچند نتایج به‌دست‌آمده به وضوح دوام چندین دهه‌ای این فناوری در شرایط محیطی بیرونی را تضمین نمی‌کند، اما یک مسیر امیدوارکننده را برای توسعه فناوری پروسکایتی کارآمد و پایدار در مقیاس کاربردی نمایان می‌سازد.
این تحقیق در نشریه Science به چاپ رسیده است.
انتهای پیام