معرفی مقاله: مروری جامع بر انواع طراحی سلول خورشیدی پروسکایتی تماس پشتی

دانشمندان در مقاله مروری، همه انواع سلول خورشیدی پروسکایتی تماس پشتی را بررسی کرده و راهکارهایی برای تسریع مسیر تجاری‌سازی آن‌ها ارائه کرده‌اند. این مرور جامع، مزایا، محدودیت‌ها و استراتژی‌های بهبود عملکرد این سلول‌ها را با تمرکز بر بهینه‌سازی ساختار و افزایش جذب نور تشریح می‌کند.

تیمی بین‌المللی دانشمندانی از ژاپن، عربستان سعودی و ایالات متحده در پژوهشی مشترک به بررسی تمام معماری‌های موجود در سلول‌های خورشیدی پروسکایتی با طراحی اتصال پشتی (back-contact) پرداخته و راهبردی تازه برای تسریع تولید تجاری این فناوری پیشنهاد کرده‌اند.

دانشمندان برای دسته‌بندی این فناوری، سلول‌ها را براساس طراحی، سازوکار انتقال بار، روش‌های ساخت و چالش‌هایی توسعه تقسیم‌بندی کرده و درنهایت دو دسته اصلی را معرفی کرده‌اند: سلول‌های اتصال پشتی درهم‌تنیده (IBC) و سلول‌های اتصال پشتی شبه‌درهم‌تنیده (QIBC).

دانشمندان تأکید کردند که طراحی اتصال پشتی در مقایسه با ساختارهای سنتی لایه‌به‌لایه (ساندویچی)، می‌تواند میزان تحمل‌پذیری سلول در برابر نواقص را کاهش دهد؛ به همین دلیل، کیفیت اتصالات الکترودها نقشی کلیدی در جلوگیری از بروز این مشکل دارد:

«در سلول‌های خورشیدی پروسکایتی اتصال پشتی که استخراج بار الکتریکی به تماس‌های انتخابی وابسته است، عملکرد دستگاه نه‌تنها به هم‌ترازی نوار انرژی، بلکه به کیفیت فصل مشترک‌ها و مدیریت نواقص هم بستگی دارد. به‌کارگیری لایه‌های غیرفعال یا پسیو روی لایه پروسکایت می‌تواند با افزایش تحمل‌پذیری در برابر نواقص و مهار بازترکیب‌های غیرتابشی در محل این نواقص، هم پایداری عملیاتی و هم بازدهی سلول‌ها را بهبود بخشد.»

پژوهشگران همچنین مزایا و معایب پیکربندی‌های سنتی سیلیکونی از نوع ساندویچی IBC و QIBC را بررسی کرده و تأکید کردند که سلول‌های پروسکایتی IBC و QIBC هر دو به یک لایه عایق اضافی نیاز دارند؛ لایه‌ای که بخشی از چالش‌های موجود در طراحی‌های معمول سلول‌های خورشیدی سیلیکونی IBC را برطرف می‌سازد:

«لایه عایق میان الکترودها خطر ایجاد اتصال کوتاه را کاهش داده و امکان کنترل ساده‌تر فاصله میان الکترودها را فراهم می‌کند. معماری QIBC همچنین از رسوب‌دهی لایه‌به‌لایه لایه‌های انتخابی بار و الکترودهای متناظر پشتیبانی می‌کند و با طیف متنوعی از روش‌های الگو‌سازی نیز سازگار است.»

این پژوهش همچنین بر محدودیت‌های کنونی سلول‌های پروسکایتی اتصال پشتی که باید برای دستیابی به بلوغ تجاری برطرف شوند، تأکید کرده است. این موانع شامل هزینه بالای روش‌های فوتولیتوگرافی مورد استفاده در تولید، انتخاب‌پذیری ضعیف مواد، عدم تعادل در استخراج بار در فصل مشترک میان لایه جاذب پروسکایت و لایه انتقال الکترون (ETL)، و همچنین محدودیت‌های ناشی از طول نفوذ بار در مواد پروسکایتی هالید سرب است.

دانشمندان در ادامه راهبردی برای بهینه‌سازی ساختار نانوفوتونیکی و افزایش بهره‌وری جذب نور در سلول‌های پروسکایتی پشت‌تماس ارائه دادند. آن‌ها پیشنهاد کردند که بهبود عملکرد لایه انتقال الکترون از طریق بهینه‌سازی ETL، استفاده از پوشش‌های ضدبازتاب (ARC)، و ارتقای ویژگی‌های فیلم پروسکایتی می‌تواند به افزایش بازدهی این سلول‌ها کمک کند.

تیم پژوهشی افزود: «برای پیشبرد هرچه بیشتر فناوری اتصال پشتی در سلول‌های خورشیدی پروسکایتی (PSCs)، لازم است تمرکز ویژه‌ای بر توسعه روش‌های الگو‌سازی کم‌هزینه صورت گیرد. همچنین دستیابی به درک روشن‌تری از دینامیک انتقال حامل‌های بار، مهاجرت یونی و اثرات بازیافت فوتون بر عملکرد کلی دستگاه ضروری است.» محققان تأکید کردند که باید روش‌های جایگزینی توسعه یابند که امکان ساخت الکترودهای اتصال پشتی را با هزینه کم، وضوح بالا و بهره‌وری تولید بالا فراهم کنند.

گزارش کامل این مرور علمی در مجله Materials Today منتشر شده است.

بیشتر بخوانید: سرمایه‌گذاری بزرگ ژاپن روی نسل جدید پنل‌های خورشیدی پروسکایتی؛ فوق‌نازک، سبک و انعطاف‌پذیر