| تاریخ ارسال: 1404/6/16 |
| مدت زمان مورد نیاز مطالعه این متن: ۴ دقیقه و ۳۵ ثانیه |
بازار انرژی خورشیدی با سرعت زیادی در حال رشد است و آمارها نشان میدهد که ظرفیت برق تولید شده با سلولهای خورشیدی در سال ۲۰۲۱ از ۱۰۰۰ تراوات ساعت فراتر رفته است. اگرچه قیمتها در سالهای اخیر به طور قابل توجهی کاهش یافته است، اما راندمان تبدیل انرژی همچنان یکی از محدودیتهای اصلی این بازار است و این محدودیت به تداوم وابستگی به سیلیکون همان مادهی فتوولتائیک سنتی معروف نسبت داده میشود. راندمان متوسط تبدیل انرژی در پنلهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون حدود ۲۲ درصد است. اگرچه شرکت فتوولتائیک چینیLONGi در نوامبر ۲۰۲۲ به رکورد ۲۶.۸۱ درصد دست یافته است، اما حداکثر راندمان نظری برای سلولهای خورشیدی ساخته شده از سیلیکون، فقط ۲۹ درصد است و این سقفی که به سرعت در حال نزدیک شدن به آن هستیم.
برای افزایش راندمان بیش از ۲۹ درصد، نیاز به استفاده از مواد دیگری غیر از سیلیکون داریم. در این میان، پروسکایتها، دستهای از مواد با ساختار بلوری مشابه کلسیم تیتانات[۱]، به دلیل راندمان بالای جذب نور، سهولت تولید و قابلیت تولید از مواد اولیه ارزان قیمت مورد توجه قرار گرفتهاند. در دسامبر ۲۰۲۰، پژوهشگران دانشگاه صنعتی برلین قدرت پروسکایتها را به نمایش گذاشتند و با استفاده از یک سلول خورشیدی ترکیبی پروسکایت–سیلیکون به رکورد ۲۹.۱۵ درصد راندمان دست یافتند و مرز راندمان سیلیکون خالص را شکستند
.
رکوردهای ثبتشده برای سلولهای خورشیدی ترکیبی پروسکایت– سیلیکون
در دو سال گذشته، گروههای مختلفی توانستند رکوردهای جدیدی را در راندمان سلولهای خورشیدی ترکیبی پروسکایت–سیلیکون به ثبت برسانند.
- در اکتبر ۲۰۲۲، تیمی از محققان هلندی با استفاده از یک دستگاه چهار-ترمیناله به راندمان ۳۰ درصد دست یافتند.
- در دسامبر ۲۰۲۲، محققان آلمانی از مرکز تحقیقات Helmholtz-Zentrum Berlin راندمان ۳۲.۵ درصد را ثبت کردند؛ این راندمان به طور رسمی توسطESTI و آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر(NREL) تأیید شد.
- در آوریل ۲۰۲۳، دانشمندان دانشگاه علوم و فناوری ملک عبدالله (KAUST) به راندمان ۳۳.۲ درصد دست یافتند و بلافاصله در مه ۲۰۲۳ این رکورد را به ۳۳.۷ درصد افزایش دادند و این دستاورد نیز توسط ESTI تأیید شد.
- در ژوئن ۲۰۲۳، شرکت LONGi اعلام کرد که به راندمان ۳۳.۵ درصد تأیید شده توسط ESTI دست یافته است که دومین بالاترین راندمان در این زمینه است.
- در مه ۲۰۲۳، شرکت Oxford PV، یکی از شرکتهای دانشگاه آکسفورد، اعلام کرد که برای یک سلول خورشیدی تجاری از نوع تاندِم (پروسکایت–سیلیکون) به رکورد ۲۸.۶ درصد راندمان دست یافته است. این رکورد توسط مؤسسه Fraunhofer ISE تأیید شد و بیش از ۱.۵ درصد بالاتر از رکورد قبلی خودشان بود که در خط تولید انبوه این شرکت ثبت شده بود.
پیشرفتهای ثبتشده در زمینه سلولهای خورشیدی تمام پروسکایتی
علاوه بر سلولهای خورشیدی ترکیبی پروسکایت– سیلیکون، پژوهشهای گستردهای بر روی سلولهای خورشیدی تمام پروسکایتی نیز در جریان است. این سلولها نسبت به سلولهای خورشیدی سیلیکونی سبکتر و انعطافپذیرتر بوده و دوستدار محیط زیست نیز هستند.
- در دسامبر ۲۰۲۲، پژوهشگران دانشگاه East China Normal یک سلول خورشیدی معکوس پروسکایتی با راندمان ۲۲.۱۵ و ۸۳.۹۲ درصد بیشترین ضریب پرشدگی [۲](بیشترین مقدار توان قابل استحصال از سلول) ارائه کردند. موفقیت آنها به استفاده از مولکول دامینوزید[۳] بهعنوان لایه میانی و افزودنی نسبت داده شد که باعث کاهش نقصهای موجود در سطح و در توده پروسکایت شده بود.
- در مه ۲۰۲۳، محققان دانشگاه تبریز و دانشگاه بیلکِنت ترکیه با استفاده از شبیهسازیهای عددی نشان دادند که یک سلول خورشیدی معکوس پروسکایتی میتواند به راندمان ۲۴.۸۳ درصد با ضریب پرشدگی ۷۹.۴ درصد دست یابد.
- در ژوئن ۲۰۲۳، محققان دانشگاه فناوری نانجینگ یک سلول خورشیدی با ساختار فاق-زبانه [۴]تولید کردند که راندمان ۲۴.۵۵ درصد درصدی از خودش نشان داده بود.
- چند روز بعد، پژوهشگران دانشگاه نانجینگ، رکورد جدیدی را با دستیابی به راندمان ۲۸ درصد ضریب پرشدگی ۸۲.۶ درصد را ثبت کردند. این سلولها بر اساس یک اتصال ناهمگون دولایه ساخته شده بودند و پس از ۶۰۰ ساعت کار مداوم تحت تابش شبیهسازی شده خورشید، بیش از ۹۰ درصد از عملکرد اولیه خود را حفظ کردند.
دوام سلولهای خورشیدی تمام پروسکایتی؛ چالش اصلی تجاریسازی
دوام کم سلولهای تمام پروسکایتی در شرایط واقعی یکی از موانع اصلی تجاریسازی این فناوری است. به همین دلیل، افزایش دوام یکی از اهداف اصلی تحقیقات در این زمینه است. تاکنون پژوهشگران گامهای زیادی در راستای حل این مشکل برداشتهاند که از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
در دسامبر ۲۰۲۲، پژوهشگران دانشگاه آکسفورد و مرکز Exciton Science نقصهای سطحی را از طریق حذف حلال دیمتیل سولفوکسید و معرفی عامل بلورساز دیمتیلآمونیوم کلرید کاهش دادند. در فوریه ۲۰۲۲ نیز محققان دانشگاه ملک عبدالله، سلولهای خورشیدی مقاوم در برابر گرما ساختند که پس از ۱۰۰۰ ساعت آزمایش در ۸۵ درجه سانتیگراد و ۸۵% رطوبت نسبی، بیش از ۹۵ درصد راندمان اولیه (۲۴.۳ درصد) خود را حفظ کردند.
در مه ۲۰۲۳ نیز پژوهشگران دانشگاههای فودان چین و ویکتوریا کانادا یک لایه پوششی شیمیایی به سلولهای خود اضافه کردند که موجب حفظ ۹۸.۶ درصد راندمان اولیه (۲۴.۰۲ درصد) پس از ۱۰۰۰ ساعت عملیات شد. در ژوئن ۲۰۲۳، محققان دانشگاه ملی سنگاپور با معرفی یک ماده رابط نوین به راندمان پایدار ۲۴.۳۵ درصد دست یافتند. پیشرفتهای سریع در زمینه سلولهای خورشیدی پروسکایتی نشان میدهد که احتمالاً در ماههای آینده
منبع:
https://ceramics.org/ceramic-tech-today/perovskite-solar-cells-charge-ahead-to-record-breaking-efficiencies
ترجمه: مهندس فاطمه حسن آقائی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی
کلیدواژه ها: سلولهای خورشیدی پروسکایتی | انرژی خوشیدی |