چکیده:
با ساخت سلول‌های خورشیدی بر پایه پروفسکایت به جای پایه سنتی سیلیکون تحول بزرگی در ساخت و گسترش ارزان سلول‌های خورشیدی حاصل شده و می‌شود. این سلول‌های خورسیدی ارزان‌تر، منعطف‌تر و سبک‌تر هستند و گسترش آنها کمک مؤثری است در حل مسائل آب و هوایی.
تعداد کلمات: 1017   /   تخمین زمان مطالعه: 5 دقیقه

 

توسط موسسه فناوری گرجستان

توضیح تصویر: یک محقق در تکنولوژی گرجستان یک سلول خورشیدی مبتنی بر پروفسکایت دارد که انعطاف پذیر و سبک‌تر از نسخه‌های مبتنی بر سیلیکون است.

سلول‌های خورشیدی مبتنی بر پروفسکایت بسیار مورد توجه قرار گرفته است. آنها ساده و ارزان برای تولید هستند، و چنان انعطاف پذیری‌ای را ارائه می‌دهند که می‌تواند طیف وسیعی از روش‌ها و مکان‌های نصب و راه اندازی را افتتاح کند و در سال‌های اخیر به کارایی انرژی مربوط به سلول‌های مبتنی بر سیلیکون سنتی نزدیک شده‌اند.

اما کشف چگونگی تولید ابزارهای انرژی بر پایه پروفسکایت ، که بیش از دو ماه دوام بیاورند، یک چالش بوده است.
یک محقق در گرجستان یک سلول خورشیدی مبتنی بر پایه پروفسکایت دارد که انعطاف پذیر و سبک تر از نسخه های مبتنی بر پایه سیلیکون است.
در حال حاضر محققان موسسه فناوری گرجستان، دانشگاه کالیفرنیا سان دیگو و موسسه فناوری ماساچوست، یافته‌های جدیدی را درباره سلول‌های خورشیدی پروفسکایت که می‌توانند راه را برای دستگاه هایی که بهتر عمل می کنند باز کنند گزارش داده‌اند.

خوان پابلو کوریا-بانا، استادیار دانشکده علوم و مهندسی گرجستان، گفت: "سلول های خورشیدی پروفسکایت دارای مزایای بالقوه زیادی هستند چرا که آنها بسیار سبک وزن هستند و می‌توانند با زیرلایه‌های قابل انعطاف پلاستیکی ساخته شوند." "با این وجود، برای این که آنها بتوانند در بازار با سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون رقابت کنند، باید کارایی بیشتری داشته باشند."

در یک مطالعه که 8 فوریه در مجله Science منتشر شد و توسط وزارت انرژی ایالات متحده و بنیاد ملی علوم حمایت شد، محققان جزئیات بیشتری از مکانیسمهایی را بیان کردند که چگونه با افزودن فلز قلیایی به پروفسکایت سنتی منجر به عملکرد بهتر می‌شود.

دیوید فینینگ، استاد مهندسی نانو در دانشگاه ساندیگو کالیفرنیا، گفت: " پروفسکایت واقعا می‌تواند بازی را در سلول‌های خورشیدی تغییر دهد." آنها توانایی کاهش هزینه‌ها را دارند بدون این که قابلیتشان را از دست بدهند، اما هنوز مطالب اساسی زیادی برای یادگیری در مورد این مواد وجود دارد."

برای درک بلورهای پروفسکایت، مفید است که ساختار بلوری آن را به صورت یک سه تایی تصور کنید. یک بخش از سه تایی معمولا از عنصر سرب تشکیل شده است. دوم، معمولا از اجزای ارگانیک مانند متیل آمونیوم تشکیل شده است، و سوم اغلب از هالیدهای دیگر مانند بروم و ید تشکیل شده است.

در سال های اخیر، محققان بر روی تست دستور العمل‌های مختلف برای دستیابی به کارایی بهتر، مانند اضافه کردن ید و بروم به جزء سرب ساختار متمرکز شد‌ه‌اند. بعدها، آنها سعی کردند جایگزینی سزیم و روبیدیوم را به بخشی از پروفسکایت که معمولا توسط مولکول‌های آلی اشغال می‌شود، انجام دهند. یکنواختی در شیمی و ساختار، چیزی است که به یک سلول خورشیدی پروفسکایت کمک می‌کند تا با پتانسیل کامل خودش کار کند.

کوریا بانا گفت: "ما از کار قبلی می دانستیم که اضافه کردن سزیم و روبیدیوم به مخلوطی از پروفسکایت سرب بروم و ید منجر به ثبات بهتر و عملکرد بالاتر می‌شود."

اما اطلاعات کمی درباره این وجود داشت که چرا این فلزات قلیایی باعث افزایش عملکرد پروفسکایت‌ها می‌شود.

برای فهمیدنِ دقیقِ این که چرا به نظر می‌رسید مکانیسم افزودن فلزات قلیایی کار می‌کند ، محققان از نقشه برداری اشعه ایکس با شدت بالا برای امتحان پروفسکایت‌ها در مقیاس نانو استفاده کردند.

Yanqi (Grace) Luo، دکتر مهندسی نانو، گفت: "با نگاهی به ترکیب در مواد پروفسکایت، ما می‌توانیم ببینیم که چگونه هر عنصر فردی در بهبود عمل کرد دستگاه نقش دارد."

آنها کشف کردند که وقتی سزیم و روبیدیوم به مخلوط بروم و ید پروفسکایت سرب اضافه می‌شود، باعث می‌شود که بروم و ید همگن‌تر با هم مخلوط شوند که باعث افزایش بازده تبدیل تا 2 درصد نسبت به مواد بدون این مواد افزودنی می‌شود.

Fenning گفت: "ما دریافتیم که یکنواختی در شیمی و ساختار، چیزی است که به یک سلول خورشیدی پروفسکایت کمک می‌کند تا با پتانسیل کامل خودش کار کند." "هر گونه ناهمگونی در این ستون فقرات، مانند یک پیوند ضعیف در زنجیره است."

با این حال، محققان همچنین مشاهده کردند که در حالی که اضافه کردن روبیدیم یا سزیم باعث می‌شود بروم و ید همگن‌تر شوند، فلزات هالیدی خودشان در داخل کاتیون خود باقی می‌مانند، و باعث ایجاد "مناطق مرده" غیر فعال در سلول‌های خورشیدی می‌شوند.

فینینگ گفت: "این تعجب آور بود." داشتنِ این مناطق مرده به طور معمول یک سلول خورشیدی را می کشد. در مواد دیگر، آنها مانند سیاه چاله‌هایی هستند که الکترون‌ها را از مناطق دیگر می‌مکند و هرگز به آنها اجازه جریان نمی‌دهند، بنابراین شما جریان و ولتاژ را از دست می‌دهید."
این مواد نوید این را می‌دهند که بسیار مقرون به صرفه و با عمل کرد بالا باشند، که تقریبا همان چیزی است که ما نیاز به آن داریم: اطمینان از پانل‌های فتوولتائیک که به طور گسترده‌ای مستقر شده باشند.
Fenning گفت: "اما در این پروفسکایت‌ها، ما دیدیم که مناطق مرده در اطراف روبیدیوم و سزیم بیش از حد برای عمل کرد سلول خورشیدی زیان آور نیستند، اگر چه برخی از از دست دادن‌های جریان در حال حاضر وجود دارد،". "این نشان می‌دهد که این مواد چقدر قوی هستند، بلکه حتی این که با وجود آنها فرصت بیشتری برای بهبود وجود دارد."

یافته‌ها به درک این که چگونه ابزارهای مبتنی بر پروفسکایت در نانو مواد کار می‌کنند، می افزاید و می‌تواند زمینه بهبود و پیشرفت‌های آینده را فراهم آورد.

Correa-Baena گفت: "این مواد نوید این را می‌دهند که بسیار مقرون به صرفه و با عمل کرد بالا باشند، که تقریبا همان چیزی است که ما نیاز به آن داریم: اطمینان از پانل‌های فتوولتائیک که به طور گسترده‌ای مستقر شده باشند." "ما می‌خواهیم سعی کنیم مسائل مربوط به تغییرات آب و هوایی را جبران کنیم، بنابراین ایده این است که سلول های فتوولتائیک را تا آن جا که ممکن است ارزان درآوریم".

تماشای حرکت اتمها در ترکیب کریستال‌های پروفسکایت نشان می‌دهد سرنخ هایی برای بهبود سلول‌های خورشیدی وجود دارد.

برگرفته از سایت TechXplore