پایان نگرانی برای پایداری پروسکایت‌ها: سلول خورشیدی با عمر ۲۴ هزار ساعت

 یک تیم مشترک از دانشمندان دانشگاه کره، دانشگاه تولدو و دانشگاه ملی سئول، یک سلول خورشیدی پروسکایتی سه‌بعدی توسعه داده‌اند که در شرایط آزمایشگاهی راندمانی بیش از ۲۶ درصد و عمر مفیدی بیش از ۲۴ هزار ساعت را نشان می‌دهد. این دستاورد دو چالش بزرگ در فتوولتائیک‌های پروسکایتی، یعنی راندمان و پایداری بلندمدت را حل کرده است.

به گزارش سیلاد به نقل از Interesting Engineering، پژوهشگران در حال بررسی نحوه تشکیل یک پیوند پروسکایتی دو‌بعدی/سه‌بعدی بودند که با اعمال گرما و فشار، یک فیلم دو‌بعدی را به یک فیلم سه‌بعدی متصل می‌کردند. به‌طور شگفت‌انگیزی، آنها کشف کردند که صرفاً تماس دادن مواد دو‌بعدی و سه‌بعدی، حتی بدون اعمال گرما یا فشار، خواص نوری لایه سه‌بعدی، از جمله فتولومینسانس آن را تغییر می‌دهد. این تغییرات برگشت‌پذیر بودند و به کاتیون آلی مورد استفاده بستگی داشتند.

طبق توضیحات پروفسور جون هونگ نوه از دانشگاه کره، معمولاً از دست دادن راندمان ناشی از «حالت‌های تله‌ای» (Trap states) در سطوح و درون ماده  مستقیماً به نقص‌های ساختاری مرتبط هستند. پژوهشگران، با دستیابی به یک ساختار کریستالی تقریباً کامل از طریق این تعامل تماسی، این حالت‌های معیوب را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دادند.

وقتی تیم فیلم‌های پروسکایتی بهینه‌شده خود را در سلول‌های خورشیدی متداول ادغام کرد، راندمان به ۲۶/۲۵ درصد رسید. این سلول‌ها دوام استثنایی نشان دادند و تحت شرایط تست شتاب‌دار، عملکرد خود را برای ۲۴ هزار ساعت حفظ کردند.
 

مقیاس‌پذیری و کاربردهای آینده
نکته بسیار مهم این است که فرآیند تماس فیلم دو‌بعدی/سه‌بعدی بسیار مقیاس‌پذیر است و می‌تواند برای تولید فیلم‌های بزرگتر با نقص‌های کمتر استفاده شود. تیم پژوهشی اکنون در حال کار بر روی اعمال این رویکرد به سلول‌های خورشیدی تاندِم (Tandem) تمام‌پروسکایتی است، جایی که پروسکایت‌های با نوار باند پایین باید در دمای پایین روی لایه‌های با نوار باند بالا رسوب داده شوند. این یافته‌ها در ژورنال Nature Energy منتشر شده‌اند.

این پژوهش گامی بزرگ به سوی تجاری‌سازی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی است که راندمانی رکوردشکن را با پایداری عملیاتی بلندمدت مورد نیاز برای استقرار در دنیای واقعی ترکیب می‌کند.