پایگاه تحلیلیخبری ایراسین؛ سلولهای خورشیدی داخلی یا «فتوولتائیک داخلی» با جذب نور محیط، آن را به برق تبدیل میکنند. این فناوری برخلاف پنلهای خورشیدی مورد استفاده در فضای باز، به جذب طیف گسترده نور خورشید نیاز ندارد، بلکه باید برای دریافت طیف محدودتر و شدت بسیار کمتر نور موجود در محیطهای داخلی بهینه شود.
گروهی از پژوهشگران علوم و مهندسی مواد دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا با تمرکز بر پروسکایت هالید فلزی تلاش کردند توانایی این ماده را برای جذب نور محیطی افزایش دهند و همزمان پایداری آن را در برابر شدت بالای نور و استفاده طولانیمدت بهبود بخشند.
نوتیففا دومون، استادیار علوم و مهندسی مواد در پنسیلوانیا، هدف این پژوهش را کاهش افت عملکرد سلول از طریق انتخاب ترکیب مناسب پروسکایت و شناسایی عواملی عنوان کرد که موجب کاهش عملکرد آن میشوند.
ترکیب مناسب برای جذب نور
پژوهشگران برای بهبود محدوده نور قابل جذب، نسبت بروم و ید را در ساختار بلوری پروسکایت تغییر دادند. این دو عنصر نقش مهمی در تعیین «گاف نواری» ماده دارند؛ پارامتری که محدوده طول موجهای قابل جذب را مشخص میکند.
جاستین لین، پژوهشگر دکتری علوم و مهندسی مواد و نویسنده اصلی مقاله، توضیح داد که تیم تحقیقاتی با تغییر تدریجی درصد بروم و ید، شش ترکیب متفاوت ایجاد و ویژگیهای نوری هر یک را بررسی کرد.
هدف این بود که ترکیب ماده بهگونهای تنظیم شود که بیشترین میزان نور موجود در محیطهای داخلی را جذب کند. بر اساس نتایج، ترکیبی که ۳۵ درصد بروم داشت، بهترین عملکرد را نشان داد.
بلور باکیفیتتر، عملکرد بهتر
پژوهشگران علاوه بر تغییر ترکیب شیمیایی، فرآیند تولید لایه نازک پروسکایت را نیز بهبود دادند. در این فرآیند، مواد اولیه در یک حلال حل میشوند و با خشک شدن حلال، ساختار بلوری پروسکایت شکل میگیرد.
کیفیت این لایه برای عملکرد سلول اهمیت زیادی دارد. به گفته پژوهشگران، دانههای تشکیلدهنده لایه باید متراکم، یکنواخت و فاقد حفره باشند و در جهت مناسبی قرار گیرند.
در این مطالعه، به جای کلروبنزن که بهطور معمول بهعنوان ضدحلال مورد استفاده قرار میگیرد، از دیکلروبنزن استفاده شد. این تغییر با هدف کنترل بهتر فرآیند تبلور انجام شد و به شکلگیری لایهای یکنواختتر و باکیفیتتر کمک کرد.
محافظت از پروسکایت با PEABr
مرحله دیگر پژوهش، اضافه کردن نمکی به نام فنیلاتیلآمونیوم برومید (PEABr) روی لایه پروسکایت بود. این ماده یک لایه غیرفعالسازی ایجاد میکند که سطح پروسکایت را میپوشاند و از تخریب آن در اثر قرار گرفتن طولانیمدت در معرض شدت بالای نور جلوگیری میکند.
آزمایشها نشان دادند سلول مجهز به این لایه محافظ، در طول ۲۴۰ ساعت آزمایش با شدت بالای نور، هیچ افت عملکردی نشان نداد. پژوهشگران بر اساس این روند برآورد کردهاند که این دستگاه میتواند برای هزاران ساعت پایدار باقی بماند.
عملکرد پایدار در نور شدید
دستگاه ساختهشده در این پژوهش توانست عملکرد خود را در شدتهای نوری حدود ۱۰ تا ۵۰ برابر بیشتر از سطوح مورد نیاز در استاندارد اجماعی جدید برای فتوولتائیکهای داخلی حفظ کند. این شدت نور معادل حدود ۸ تا ۵۰ درصد روشنایی خورشید گزارش شده است.
پژوهشگران همچنین به اهمیت استانداردسازی روشهای سنجش عملکرد و پایداری فتوولتائیکهای داخلی اشاره کردند؛ موضوعی که دومون پیشتر نیز در یک پژوهش منتشرشده در Nature Energy به آن پرداخته است.
مسیر تولید تجهیزات بدون باتری
پژوهشگران معتقدند فتوولتائیکهای مبتنی بر پروسکایت در آینده میتوانند برای تأمین انرژی محصولاتی مانند ترموستاتهای هوشمند، کنترلهای تلویزیون و تجهیزات پزشکی پوشیدنی مورد استفاده قرار گیرند. چنین فناوریای میتواند نیاز به تعویض باتری را کاهش دهد و امکان استفاده از تجهیزات الکترونیکی کوچک را در مکانهایی که دسترسی مناسبی به پریز برق وجود ندارد، افزایش دهد.
با وجود این، پژوهشگران تأکید دارند که این فناوری هنوز تا استفاده گسترده فاصله دارد. پروسکایتها در شرایط سخت میتوانند بهسرعت تخریب شوند و افزایش دوام آنها و همچنین بهبود روشهای اندازهگیری دقیق عملکرد بلندمدت، همچنان از چالشهای اصلی مسیر تجاریسازی این فناوری محسوب میشود.
