به گزارش تجارت نیوز، در سال‌های اخیر، سلول‌های خورشیدی پروسکایتی (PSC) به عنوان یک جایگزین سبک و کم‌هزینه برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی مطرح شده‌اند. این فناوری جدید، به دلیل راندمان بالا و امکان تولید با هزینه کمتر، توجه بسیاری از محققان و صنایع را به خود جلب کرده است. اما یک چالش اساسی همچنان پابرجاست: پایداری و دوام کم این سلول‌ها در برابر گرما، رطوبت و نور.
چرا سلول‌های پروسکایتی ناپایدارند؟
با گذشت زمان، این سلول‌ها دچار تخریب می‌شوند و کارایی خود را از دست می‌دهند.
یکی از مهم‌ترین عوامل تخریب، نشت ید (I2) است که باعث زنجیره‌ای از واکنش‌های شیمیایی مخرب می‌شود.
گرما و رطوبت نیز باعث کاهش کارایی و تسریع فرآیند زوال می‌شوند.
برای حل این مشکل، محققان از دانشگاه ساری، آزمایشگاه ملی فیزیکی و دانشگاه شفیلد روشی نوآورانه را معرفی کرده‌اند. آن‌ها با استفاده از نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al₂O₃)، توانستند دوام سلول‌های خورشیدی پروسکایتی را بیش از ۱۰ برابر افزایش دهند.
چگونه نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) باعث افزایش دوام سلول‌های خورشیدی شدند؟
جذب ید و جلوگیری از زوال شیمیایی
افزایش رسانایی الکتریکی و کاهش نقص‌های ساختاری
ایجاد یک لایه محافظ که از نفوذ رطوبت جلوگیری می‌کند
نتایج این پژوهش نشان داد که سلول‌های خورشیدی پروسکایتی تقویت‌شده با نانوذرات Al₂O₃ توانستند بیش از ۱۵۳۰ ساعت بدون افت شدید عملکرد کار کنند، در حالی که مدل‌های قبلی فقط ۱۶۰ ساعت دوام داشتند. این پیشرفت، راه را برای سلول‌های خورشیدی پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر هموار می‌کند.
در ادامه، این فناوری و اثرات آن را به طور دقیق بررسی خواهیم کرد.
افزایش ۱۰ برابری دوام سلول‌های خورشیدی پروسکایتی با نانوذرات Al₂O₃
مشکل اصلی: کاهش عمر سلول‌های پروسکایتی
سلول‌های خورشیدی پروسکایتی از زمان معرفی در سال ۲۰۰۹، تحولی بزرگ در صنعت انرژی خورشیدی ایجاد کرده‌اند. با این حال، یکی از موانع بزرگ در مسیر تجاری‌سازی این فناوری، ناپایداری و عمر کوتاه آن‌هاست.
نور، گرما، اکسیژن و رطوبت از جمله عواملی هستند که باعث کاهش راندمان این سلول‌ها می‌شوند.
تولید ید مولکولی (I₂) در لایه پروسکایت، باعث زنجیره‌ای از واکنش‌های مخرب می‌شود که عملکرد سلول را به شدت کاهش می‌دهد.
برای حل این مشکل، محققان از نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) استفاده کردند. این نانوذرات به دلیل واکنش‌پذیری بالا با ید، می‌توانند ید را به دام انداخته و از انتشار آن در سلول جلوگیری کنند.
تاثیر نانوذرات Al₂O₃ بر پایداری سلول‌های خورشیدی
دوام ۱۰ برابری: سلول‌های خورشیدی پروسکایتی معمولی در شرایط سخت فقط ۱۶۰ ساعت دوام دارند، اما سلول‌های جدید ۱۵۳۰ ساعت کارایی خود را حفظ کردند.
کاهش افت عملکرد: این سلول‌ها پس از ۱۵۲۰ ساعت، ۱۳.۱٪ از کارایی اولیه خود را حفظ کردند، در حالی که مقدار اولیه ۱۶.۴٪ بود.
افزایش یکنواختی ساختاری: نانوذرات Al₂O₃ باعث بهبود همگنی لایه پروسکایت و کاهش نقص‌های الکتریکی شدند.
چگونه نانوذرات Al₂O₃ عملکرد سلول‌های پروسکایتی را بهبود می‌دهند؟
۱. جذب ید و جلوگیری از تخریب شیمیایی
یکی از مهم‌ترین چالش‌های سلول‌های پروسکایتی، نشت ید (I₂) و واکنش‌های زنجیره‌ای مخرب آن است. نانوذرات Al₂O₃ با تشکیل کمپلکس‌های پایدار با ید، مانع از واکنش‌های تخریبی و زوال ساختار سلول می‌شوند.
۲. افزایش رسانایی الکتریکی و کاهش نقص‌های ساختاری
بهبود یکپارچگی لایه پروسکایت و کاهش نواقص الکتریکی
افزایش کارایی انتقال بار و استخراج سریع‌تر حامل‌های الکتریکی
افزایش مقاومت در برابر دما و رطوبت
۳. ایجاد یک لایه محافظ در برابر رطوبت و اکسیژن
نانوذرات Al₂O₃ باعث ایجاد یک لایه محافظ پروسکایتی دو‌بعدی می‌شوند که به عنوان یک مانع اضافی در برابر نفوذ رطوبت و اکسیژن عمل می‌کند.
نتایج و آینده سلول‌های خورشیدی پروسکایتی تقویت‌شده با نانوذرات
افزایش ۱۰ برابری دوام سلول‌ها در برابر شرایط سخت
کاهش چشمگیر افت عملکرد و حفظ کارایی در طولانی‌مدت
افزایش مقاومت در برابر گرما و رطوبت
دکتر ایمالکا جایاوردنا، استاد مارکوس لی از دانشگاه ساری، درباره این تحقیق می‌گوید:
“با حل چالش‌های پایداری سلول‌های خورشیدی پروسکایتی، ما راه را برای انرژی خورشیدی ارزان‌تر، کارآمدتر و در دسترس‌تر باز می‌کنیم.”
این تحقیق، جهشی بزرگ در مسیر توسعه فناوری سلول‌های خورشیدی پایدار و اقتصادی است. با استفاده از این روش، می‌توان سیستم‌های خورشیدی قابل‌اعتمادتری برای استفاده در شرایط سخت محیطی طراحی کرد.
آینده روشن برای سلول‌های خورشیدی پروسکایتی
به نقل از IE، با استفاده از نانوذرات اکسید آلومینیوم (Al₂O₃)، دوام سلول‌های خورشیدی پروسکایتی بیش از ۱۰ برابر افزایش یافته است. این پیشرفت می‌تواند راه را برای استفاده گسترده از این فناوری در صنعت انرژی خورشیدی هموار کند.
افزایش پایداری و طول عمر سلول‌های پروسکایتی
کاهش هزینه‌های تولید و افزایش بهره‌وری
امکان استفاده در محیط‌های سخت و گرمسیری
با این پیشرفت، آیا سلول‌های خورشیدی پروسکایتی می‌توانند جایگزین فناوری‌های قدیمی‌تر شوند؟ آینده صنعت انرژی خورشیدی چگونه خواهد بود؟ نظر شما چیست؟
