توسط : تیمی از پژوهشگران کالج دانشگاهی لندن (UCL) با همکاری دکتر «مجتبی عبدی جالبی»، دانشمند ایرانی، موفق به توسعه سلول خورشیدی پیشرفته‌ای شده‌اند که می‌تواند از نور محیط‌های داخلی انرژی تولید کند. این پیشرفت علمی می‌تواند به حذف باتری در دستگاه‌هایی مانند صفحه‌کلیدها، کنترل‌های از راه دور، سیستم‌های هشدار و حسگرها منجر شود.
به گزارش UCL، این دستاورد علمی که در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده، پاسخی به چالش انرژی میلیاردها دستگاه متصل به اینترنت در آینده نزدیک محسوب می‌شود.
این سلول‌های خورشیدی مبتنی بر فناوری پروسکایت با پهنای باند وسیع، با بازده تبدیل توان داخلی ۳۷.۶ درصد در شرایط نوری معمولی، رکورد جدیدی در این زمینه به ثبت رسانده‌اند. برخلاف پنل‌های خورشیدی سیلیکونی مرسوم که برای فضای باز طراحی شده‌اند، این فناوری جدید قادر است انرژی را از منابع نور داخلی مانند چراغ‌های LED و لامپ‌های فلورسنت جذب کند.
بااین‌حال، چالشی اساسی در استفاده از پروسکایت وجود دارد. ساختار کریستالی پروسکایت حاوی نقص‌های ریزی است که به آن‌ها «تله» گفته می‌شود. این تله‌ها باعث می‌شوند الکترون‌ها که در تولید جریان الکتریکی شرکت دارند، در این نقاط به دام بیفتند. این پدیده نه‌تنها جریان الکتریسیته را مختل می‌کند، بلکه به‌مرور باعث تخریب ماده نیز می‌شود. دانشمندان درحال کار روی روش‌های مختلف برای کاهش این نقص‌های ساختاری هستند تا بتوانند از پتانسیل کامل این ماده نویدبخش بهره‌برداری کنند.
بیشتر بخوانید: سرمایه‌گذاری بزرگ ژاپن روی نسل جدید پنل‌های خورشیدی پروسکایتی؛ فوق‌نازک، سبک و انعطاف‌پذیر
سلول خورشیدی که با جذب نور داخل ساختمان، برق تولید می‌کند
حالا در پژوهش جدید، محققان این مشکل را تا حدی برطرف کرده‌اند. در این پژوهش از روش مونتاژ مجدد با عملیات غیرفعال‌سازی سه‌گانه (TPT) استفاده شده است. این روش با حل مشکل نقص‌های هدردهنده انرژی (تله‌ها) و تغییرات شیمیایی ناشی از نور، عملکرد سلول‌ها را به میزان قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد.
تیم تحقیقاتی با ترکیب شیمیایی رابیدیوم کلراید، توانست کریستال‌های پروسکایت را با حداقل تنش‌های ساختاری و ساختار همگن‌تر رشد دهد. این نوآوری موجب کاهش چشمگیر تراکم تله‌های الکترونی در ماده شده است. علاوه‌براین، محققان چند ماده شیمیایی دیگر (نمک‌های آمونیوم آلی N،N-دی‌متیل اکتیل آمونیوم یدید (DMOAI) و فنتیل آمونیوم کلرید (PEACl)) را نیز به ترکیب اضافه کردند که نقش تثبیت‌کننده دو نوع یون (یدید و برمید) را ایفا می‌کنند. این مواد مانع از مهاجرت و تجمع این یون‌ها در فازهای جداگانه می‌شوند (پدیده‌ای که پیش‌تر با ایجاد اختلال در جریان بار الکتریکی، به‌مرور باعث افت عملکرد سلول خورشیدی می‌شد).
محققان سلول‌های خورشیدی خود را تحت روشنایی ۱۰۰۰ لوکس آزمایش کردند که تقریباً معادل روشنایی یک اداره با نور مناسب است. آزمایش‌ها نشان داد که این سلول‌ها می‌توانند ۳۷.۶ درصد از نور محیط را به برق تبدیل کنند.
«سیمینگ هوانگ»، دانشجوی دکتری در مؤسسه اکتشاف مواد دانشگاه UCL و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح داد: «سلول خورشیدی حاوی این نقایص ریز مانند کیکی است که به تکه‌های مختلف تقسیم شده باشد. ما با به‌کارگیری ترکیبی از روش‌ها، این کیک را دوباره به‌شکل یکپارچه درآوردهایم و امکان عبور بارهای الکتریکی را به‌شکلی روان‌تر فراهم کردیم.»
وی افزود: «سه ماده‌ای که به ترکیب اضافه کردیم، اثر هم‌افزایی قابل‌توجهی داشته‌اند. نتیجه نهایی به‌گونه‌ای بوده که تأثیر ترکیبی این مواد بسیار فراتر از جمع ساده تأثیرات تک‌تک آن‌هاست.»
آزمایش مقاومت در برابر تخریب
محققان همچنین آزمایش‌های گسترده‌ای را برای ارزیابی مقاومت سلول‌های خورشیدی جدید در برابر تخریب تدریجی انجام دادند. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که سلول‌های اصلاح‌شده پس از ۱۰۰ روز استفاده مداوم، ۹۲ درصد از کارایی اولیه خود را حفظ کردند. این درحالی است که نمونه‌های کنترل (پروسکایت بدون اصلاح نقایص) تنها ۷۶ درصد از عملکرد ابتدایی خود را حفظ نمودند.
در آزمایش دیگری که شامل ۳۰۰ ساعت تابش نور پیوسته و شدید در دمای ۵۵ درجه سانتیگراد بود، سلول‌های جدید ۷۶ درصد از بازدهی خود را حفظ کردند، درحالی‌که عملکرد نمونه‌های کنترل به ۴۷ درصد کاهش یافت.
دکتر عبدی جالبی، دانشیار مؤسسه کشف مواد در کالج دانشگاهی لندن، درباره اهمیت این دستاورد می‌گوید: «این فناوری می‌تواند نیاز میلیاردها دستگاه به تعویض مداوم باتری را برطرف کند. سلول‌های ما نه‌تنها کارآمدتر از نمونه‌های تجاری موجود هستند، بلکه دوام بیشتری نیز دارند.»
کاربردهای بالقوه این فناوری شامل تأمین انرژی پایدار برای ترموستات‌های هوشمند، حسگرهای امنیتی، مانیتورهای محیطی و سایر دستگاه‌های اینترنت اشیا است. پنل‌های خورشیدی ساخته‌شده با این فناوری می‌توانند انرژی کافی برای تجهیزات الکترونیکی کم‌مصرف تولید کنند. تنها چند سانتی‌مترمربع از این سلول‌های خورشیدی می‌توانند یک حسگر بی‌سیم یا کلید هوشمند را پیوسته در یک محیط معمولی روشن نگه دارند.
با توجه به سادگی نسبی فرایند تولید و امکان ساخت در دمای پایین، این فناوری می‌تواند راه‌حلی مقرون‌به‌صرفه برای چالش انرژی در دنیای فناوری آینده باشد.
همچنین بخوانید: فناوری انقلابی؛ سلول‌های خورشیدی چرخان با ۲۰ برابر بازدهی بیشتر
