پژوهشگران مواد پایداری برای سلولهای خورشیدی کارآمدتر ایجاد میکنند
پژوهشگران دانشگاه Queen Mary لندن، فرآیند جدید تولید مواد پروسکایتی پایدار را برای ایجاد سلولهای خورشیدی کارآمدتر، توسعه داده‌اند.
سیلیکون بلوری پرمصرفترین ماده برای سلولهای خورشیدی است. بااین حال، در طول دهه گذشته، سلولهای خورشیدی پروسکایتی، ساخته شده از مواد پروسکایت هالید فلزی، نوید ساخت سلولهای خورشیدی ارزانتر و کارآمدتر از سیلیکون را داده اند. اما در حالیکه اکنون سلولهای خورشیدی پروسکایت میتوانند از نظر کارایی با سلولهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون تثبیت شده رقابت کنند، یک چالش کلیدی که هنوز به آن توجه نشده است، ناپایداری شیمیایی آنهاست. مواد پروسکایتی به رطوبت، اکسیژن و حتی نور بسیار حساس هستند؛ به این معنی که میتوانند به سرعت در هوا تجزیه شوند.
یکی از مواد پروسکایتی، فرمامیدینیم پروسکایت، میتواند به حل این مشکل کمک کند؛ زیرا ساختار بلوری خالص و سیاه رنگ آن، معروف به FAPbI۳، از نظر شیمیایی پایدارتر از بسیاری از پروسکایتهای دیگر است. خواص نوری آن نیز برای جذب نور و تولید برق پربازده در سلول خورشیدی نسبت به مواد پروسکایت موجود بسیار مناسب تر است. بااینحال، ایجاد این شکل سیاه و پایدار از ماده دشوار است و اغلب میتواند فاز زرد رنگی را تشکیل دهد که برای سلولهای خورشیدی مناسب نیست.
در مطالعهای که در مجله Advanced Materials چاپ شده است (بلوری کردن بدون افزودنی و در دمای پایین پروسکایت پایدار α-FAPbI۳)، پژوهشگران فرآیند جدیدی را برای ایجاد FAPbI۳ توصیف میکنند.
یکی از چالش‌های ساخت FAPbI۳ این است که دمای مورد استفاده بالای (۱۵۰ درجه سانتی‌گراد) میتواند باعث کشیده شدن بلور‌های درون ماده شود و آنها را تحت فشار قرار دهد که به نفع فاز زرد رنگ است. در حالیکه برخی گزارش‌های پیشین از مقادیر کمی از مواد شیمیایی اضافی یا افزودنی‌ها برای کمک به تشکیل FAPbI۳ در این شرایط استفاده کرده‌اند، کنترل یکنواختی و مقادیر این افزودنی‌ها هنگام ساخت سلولهای خورشیدی در مقیاس بسیار زیاد میتواند بسیار سخت باشد. همچنین تأثیر بلندمدت حضور آنها هنوز مشخص نیست.
رویکرد جدیدی که در این مطالعه توضیح داده شد، استفاده از فیلم‌های FAPbI۳ در معرض یک آئروسل حاوی مخلوطی از حلال‌ها در دمای پایین‌تر (۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) است. پژوهشگران دریافتند که در مقایسه با روش‌های دیگر که ممکن است حدود ۲۰ دقیقه زمان ببرد، میتوانند پس از یک دقیقه فاز سیاه بسیار پایدار FAPbI۳ را تشکیل دهند. آنها همچنین نشان می‌دهند که دمای پایین‌تر استفاده شده به آرامش بلور‌های درون ماده کمک می‌کند. دکتر Joe Briscoe، خوانندهی مواد و دستگاه‌های انرژی در Queen Mary، گفت: فرمامیدینیم پروسکایت خالص میتواند سلولهای خورشیدی پروسکایتی را تولید کند که کارآمدتر و پایدارتر از پروسکایتهای هیبریدی دیگر بر پایه متیل آمونیوم هستند. این میتواند برای تجاری‌سازی این فناوری بسیار مهم باشد، به‌ویژه که این فرآیند را می‌توان به راحتی صنعتی کرد.
در این مطالعه، ما یک رویکرد جدید و کارآمدتر برای ایجاد فرمامیدینیم پروسکایت سیاه خالص و پایدار FAPbI۳ نشان داده‌ایم. از آنجایی که فرآیند ما از ساختار سلول خورشیدی پروسکایت معکوس و دمای آنیل پایین‌تر استفاده می‌کند، این نیز آن را برای ساخت سلولهای خورشیدی انعطاف‌پذیر روی پلاستیک بسیار مناسب می‌کند که میتواند کاربردهای زیادی برای مثال در لباس‌ها و وسایل نقلیه داشته باشد.
منبع:
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۱۲/۱۶/scientists-create-stable-materials-for-more-efficient-solar-cells
گردآورندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان_مهندس ریحانه گودرزی
|