دانشمندان توانستند با کشف یک ماده جدید، سلول خورشیدی بسازند که بازدهی خیره کننده 93.5 درصد از حد نظری را ثبت کرده است. این دستاورد که توسط محققان موسسه EPFL سوئیس ثبت شده، می‌تواند پایانی برای پنل‌های خورشیدی سنتی باشد. جزئیات بیشتر را در شهر سخت افزار بخوانید.
کشف یک راهکار انقلابی در سلول‌های خورشیدی
به گزارش ecoticias، محققان موسسه EPFL توانسته‌اند به کمک یک تکنیک پیشرفته به نام اعمال کرنش شبکه‌ای (Lattice Strain) کارایی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی را به سطح فوق‌العاده‌ای برسانند. آنها به کمک این روش توانستند عنصر روبیدیم را به طور پایدار در ساختار کریستالی پروسکایت قرار بدهند.
در واقع در این روش، ساختار ماده به کمک گرمایش سریع و کنترل دقیق دما دستکاری می‌شود، در نتیجه شبکه کریستالی تحت فشار قرار می‌گیرد و فضای مناسبی برای تثبیت روبیدیم قراهم می‌شود. محققان در این روش از یون‌های کلرید هم کمک می‌گیرند که باعث توزیع یکنواخت‌تر اتم‌ها و کاهش نقص‌های ساختاری می‌شوند. اما دقیقا چرا روبیدیم به سلول‌های خورشیدی اضافه شد؟
خب در دنیای سلول‌های خورشیدی پروسکایتی، یکی از چالش‌های اصلی همیشه این بوده که چطور کارایی بالا را با پایداری بلند مدت همزمان داشته باشیم. موضوع این است که پروسکایت‌ها به طور ذاتی راندمان خیلی بالایی دارند اما معمولا نابود شدن تدریجی ساختار کریستالی و فرار اتم‌ها باعث می‌شود عمر این سلول‌ها کوتاه باشد.
اما روبیدیم به عنوان یک یون با اندازه مناسب و ویژگی‌های شیمیایی خاص، زمانی که وارد ساختار پروسکایت می‌شود به پایداری ساختار کریستالی کمک می‌کند و جلوی تشکیل ذرات تخریب کننده را می‌گیرد. همچنین باعث کاهش عیوب سطحی هم می‌شود، همان عیوبی که معمولا باعث از دست رفتن انرژی می‌شوند. در نتیجه کارایی بالاتر به دست می‌آید و عمر سلول هم بیشتر می‌شود.
البته تا اینجا هنوز یک دستاورد محسوب نمی‌شود چرا که اضافه کردن روبیدیم به سلول‌های پروسکایتی پیش از این هم بارها امتحان شده بود اما یک مشکل بزرگ وجود داشت و آن هم این بود که روبیدیم خیلی راحت از ساختار کریستالی خارج می‌شود یا باعث ایجاد ذرات مزاحم می‌شد، یعنی به جای بهبود گاهی اوضاع را بدتر هم می‌کرد!
حالا محققان EPFL به کمک تکنیک Lattice Strain توانستند ساختار بلوی سلول را به صورت کنترل شده کمی بکشند یا فشرده کنند. این کشش بلوری باعث شد روبیدیم داخل ساختار حبس شود و نتواند فرار کند یا ذرات مخرب بسازد. در کنار آن هم استفاده از یون‌های کلرید کمک کرد که یون‌های روبیدیم بهتر و یکنواخت‌تر توزیع شوند.
در نهایت هم به کمک این نوآوری، فرار اکسیژن و سایر تخریب‌های معمول کمتر شد و بازدهی سلول به 93.5 درصد حد تئوری رسید. گفتنی است که منظور از عدد 93.5 درصد، راندمان اصلی این سلول نیست، در واقع این سلول موفق شده 93.5 درصد از سقف تئوریک بازدهی را عملی کند که موفقیت بزرگی در زمینه فناوری سلول‌های خورشیدی محسوب می‌شود.
در همین رابطه بخوانید:
- اولین پنل خورشیدی نامرئی در دنیا معرفی شد؛ کره‌ای‌ها از شیشه برق تولید می‌کنند
آینده سلول‌های خورشیدی
همانطور که گفتیم محققان با استفاده از این سلول‌های پروسکایتی تغییر شکل یافته موفق شدند به ولتاژ مدار باز 1.3 ولت برسند که 93.5 درصد از حد نظری این فناوری را محقق کرده است. این عدد یک رکورد تاریخی محسوب می‌شود و به کمک این روش دیگر درگیر محدودیت‌های قدیمی پنل‌های خورشیدی نخواهیم بود.
این پیشرفت در آینده می‌تواند به طور گسترده‌ای صنعت انرژی را متحول کند. به کمک این فناوری می‌توان سلول‌های پروسکایت را با سیلیکون ترکیب کرد و کارایی سلول‌ها را به بیشترین حد رساند. از طرف دیگر پنل‌های سبک و فوق‌العاده کارآمدی تولید خواهد شد که می‌توانند برق مناطق دور افتاده را به راحتی تامین کنند. این پنل‌های جدید به راحتی در شیشه ساختمان‌ها، خودروها و حتی لباس‌ها تعبیه می‌شوند.
جالب‌تر اینکه این موفقیت تنها محدود به تولید برق خورشیدی نیست و مواد پروسکایتی با این سطح از کارایی و پایداری می‌توانند به دیگر دستگاه‌های الکترونیکی مانند LEDها و حسگرها هم راه پیدا کنند.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت