توسط : پژوهشگران موفق به ساخت یک سلول خورشیدی پروسکایت فوقشفاف با استفاده از الکترودهای شفاف فوقرسانا مبتنی بر اکسید ایندیوم-روی آمورف (a-IZO) شدند که در دمای اتاق و بدون تخریب لایههای حساس سلول تهیه شده است. این فناوری میتواند در کاربردهای فتوولتائیک یکپارچه با ساختمان (BIPV) و همچنین در سلولهای خورشیدی تاندم مورد استفاده قرار گیرد.
به گزارش pv magazine، دانشمندان مؤسسه فناوری هند (IIT Bombay) نشان دادند که میتوان الکترودهای شفاف a-IZO را با فرایندی غیرتخریبی و در دمای محیط روی سلولهای پروسکایت لایهنشانی کرد؛ بدون آنکه به نیمرسانای حساس به دما آسیب وارد شود یا خطر جدایش لایهها وجود داشته باشد.
به گفته «آننتا پل»، نویسنده مسئول این پژوهش، استفاده از a-IZO بهعنوان الکترود شفاف، عملکرد و دوام بسیار بهتری در مقایسه با ITO ارائه میدهد: «ما دریافتیم که a-IZO بهعنوان الکترود شفاف، نسبت به ITO سنتی هم راندمان بالاتری دارد و هم پایداری بیشتری از خود نشان میدهد.»
ساخت سلول خورشیدی پروسکایت فوقشفاف
در این پژوهش، فیلمهای اکسید ایندیوم-روی آمورف (a-IZO) با نمونههای متداول ITO پلیکریستالی (c-ITO) مقایسه شدند و از a-IZO بهعنوان الکترود شفاف پشتی در سلولهای خورشیدی پروسکایت استفاده شد. آننتا پل دراینباره توضیح داد: «سلولهای مبتنی بر a-IZO به بازده تبدیل توان ۱۸.۲۲ درصد دست یافتند و مهمتر از آن، از بروز مشکل رایج لایهلایه شدن جلوگیری شد.»
بازده نمونههای مبتنی بر a-IZO بهطور قابلتوجهی از عملکرد سلولهای مجهز به الکترودهای c-ITO که بازده ۱۵.۸۴ درصد را ثبت کرده بودند، فراتر رفت.
سلول خورشیدی پروسکایت شفاف (T-PSC) در این پروژه با ساختار پیشرفته «n-i-p» ساخته شد و شامل این لایهها بود: الکترود c-ITO یا a-IZO، یک لایه بافر اکسید مولیبدن (VI) یا MoO₃، لایه انتقال حفره Spiro-MeOTAD، لایه جاذب پروسکایت، لایه انتقال الکترون (ETL) مبتنی بر اکسید قلع (IV) یا SnO₂، و در نهایت الکترود اکسید قلع آلاییدهشده با فلوئور (FTO).
با تحلیل نتایج آزمایش، پژوهشگران دریافتند که نقصهای بینسطحی موجود در مرز MoOx/TE در نمونههای مبتنی بر c-ITO عامل اصلی کاهش عملکرد فوتوولتائیک در مقایسه با نمونههای مبتنی بر a-IZO بوده است. همچنین مشخص شد که ویژگیهای نوری این سلولها نشان میدهد رسانایی بالاتر حاملها در فیلمهای a-IZO موجب افزایش قابلیت عبور نور در ناحیه مادونقرمز نزدیک (NIR) شده و بازده و شفافیت بالاتری را برای نمونه فراهم کرده است.
پژوهشگران با اشاره به ساختار سوپراستریت، عملکرد برتر سلولهای خورشیدی پروسکایت شفاف مجهز به الکترود پشتی a-IZO را در مقایسه با الکترود c-ITO برجسته کردند. به گفته آنها، «دلایل اصلی بهبود عملکرد در دستگاههای مبتنی بر a-IZO شامل مقاومت ورقهای پایین (۲۲.۴۱ اهم بر مربع)، تحرک بالای حاملها (۳۲.۱۲ سانتیمتر مربع بر ولتثانیه)، زبری بسیار ناچیز (حدود ۱.۰۵ نانومتر)، و همچنین گذردهی بالا در محدوده فروسرخ (حدود ۸۳.۵ درصد) نسبت به c-ITO است.»
همچنین شاخص شایستگی (FOM) لایههای a-IZO نیز بالاتر از نمونههای c-ITO گزارش شد؛ موضوعی که «شایستگی برتر» a-IZO را برای استفاده در سلولهای خورشیدی پروسکایتی شفاف تأیید میکند.
به گفته تیم تحقیقاتی، این مطالعه نخستین بررسی جامع درباره پدیده لایهلایه شدن در الکترودهای c-ITO است که بینشهای ارزشمندی برای توسعه الکترودهای شفافِ پایدار و قابلاتکا در سلولهای خورشیدی پروسکایت با راندمان بالا ارائه میدهد.
آنها افزودند: «ما همچنین با تبیین دلایل اصلی گذار از c-ITO به a-IZO در سلولهای خورشیدی پروسکایت شفافِ پربازده، شکاف مهمی را در ادبیات علمی برطرف کردهایم.» به اعتقاد پژوهشگران، راندمان بالای a-IZO نشاندهنده پتانسیل چشمگیر آن برای بهبود عملکرد و مقرونبهصرفگی سلولهای پروسکایت شفاف، بهویژه در کاربردهایی همچون سلولهای خورشیدی تاندم و سامانههای فتوولتائیک یکپارچه با ساختمان (BIPV) است.
محققان راز پایداری سلولهای خورشیدی پروسکایت را شناسایی کردند
