توسط : 
یک تیم پژوهشی مشترک چینی–سوئدی با اصلاح افزودنیها و فرایندهای پسپردازش، عملکرد سلولهای خورشیدی پروسکایت قلع–سرب را بهطور چشمگیری بهبود داده است. این سلول همچنین پایداری بالاتری از خود نشان داده و توانسته است پس از ۵۵۰ ساعت کار در دمای ۸۵ درجه سانتیگراد و تحت شرایط نقطه بیشینه توان (MPP)، حدود ۶۰ درصد از بازده اولیه خود را حفظ کند.
پژوهشگران دانشگاه نرمال شرق چین (East China Normal University) و دانشگاه لینشوپینگ سوئد (Linköping University) در پژوهشی که در نشریه Nature Communications منتشر شده است، یک روش غیرفعالسازی (Passivation) جایگزین برای سلولهای خورشیدی پروسکایتی قلع–سرب (Sn-Pb) توسعه دادهاند که بدون استفاده از فلوراید قلع (SnF₂)، هم بازده و هم پایداری را بهبود میدهد. این رویکرد، پسپردازش با فلوراید سرب (PbF₂) را با افزودن پودر سرب به محلول پیشساز ترکیب میکند.
ونشیائو ژانگ، نویسنده هماول و هممسئول این پژوهش، توضیح داد: «ما یک عامل پیشتر ناشناخته را شناسایی و تبیین کردیم که موجب ناپایداری فوتو-حرارتی سلولهای خورشیدی پروسکایتی قلع–سرب میشود. این مطالعه نشان میدهد واکنشهای جانبی SnF₂ محرک اصلی تجزیه پروسکایت و تخریب لایههای عملکردی دستگاه هستند.»
او ادامه داد: «در حالی که پایداری بهمراتب کمتر پروسکایتهای قلع–سرب نسبت به نمونههای صرفاً سربی معمولاً تنها به اکسیداسیون یون قلع دوظرفیتی (Sn²⁺) نسبت داده میشود، راهبردهای صرفاً آنتیاکسیدانی تاکنون نتوانستهاند بهبود قابلتوجهی در دوام فوتو-حرارتی ایجاد کنند. این پژوهش علت بنیادی را مشخص کرده و یک راهکار جایگزین مؤثر ارائه میدهد.»
او در ادامه گفت: «برای جلوگیری از اثرات منفی SnF₂ بر پایداری و انتقال حفره، ما افزودنی SnF₂ را با پودر سرب جایگزین کردیم؛ مادهای که بر اساس نتایج پژوهشهای پیشین ما، دارای خاصیت آنتیاکسیدانی و تنظیمکننده تبلور است و میتواند یون Sn⁴⁺ را از محلول پیشساز حذف کند. این روش در کنار یک پسپردازش با فلوراید سرب (PbF₂) بهکار گرفته شد تا نقصهای سطحی غیرفعالسازی شوند.»
سلولهای آزمایشی قلع–سرب دارای مساحت ۰٫۰۹ سانتیمتر مربع بودند. ساختار پایه این سلولها بهترتیب شامل لایههای زیر است:
- بستر اکسید قلع–ایندیوم (ITO)،
- لایه P3CT-Cs،
- لایه پروسکایت،
- فلوراید سرب،
- لایه انتقال الکترون (ETL) مبتنی بر فولرن باکمینستر (C60)،
- لایههای باتوکاپروئین (BCP) و فلوراید لیتیوم (LiF) بهعنوان لایه عایق،
- و در نهایت تماسهای مسی (Cu).
این راهبرد باعث شد بازده سلول خورشیدی پروسکایتی قلع–سرب فاقد SnF₂ به ۲۴٫۰۷ درصد برسد، در حالی که بازده سلول مرجع تنها ۱۶٫۴۳ درصد بود. از نظر پایداری فوتو-حرارتی نیز، سلولهای بدون افزودنی SnF₂ پس از ۵۵۰ ساعت کار مداوم در دمای ۸۵ درجه سانتیگراد و تحت شرایط نقطه بیشینه توان (MPP)، حدود ۶۰ درصد از بازده اولیه خود را حفظ کردند.
اثر منفی SnF₂ در آزمایشها بهوضوح مشاهده شد. برای نمونه، پژوهشگران گزارش دادند که هر دو الکترود مس (Cu) و ITO حتی «در دمای اتاق یا بدون تابش نور» دچار واکنش میشوند؛ موضوعی که نشاندهنده خاصیت خورندگی یونهای مهاجرتکرده و محصولات واکنشی است.
بهگفته دانشمندان، ساخت این سلولها اگرچه به دقت بالایی نیاز دارد، اما فرآیند آن ساده و قابلاجرا است. ژانگ توضیح داد: «پروسکایتهای حاوی قلع به محیطی با کنترل بسیار دقیق و سطح اکسیژن فوقالعاده پایین نیاز دارند و دمای تشکیل لایه بههمراه سایر پارامترهای فرآیندی باید با دقت تنظیم شود؛ آن هم در شرایطی که از یدید قلع با خلوص بالا (SnI₂) استفاده میشود. با این حال، حتی در این شرایط نیز فرایند ساخت دستگاه همچنان ساده باقی میماند.»
پژوهشگران در جمعبندی خود اعلام کردند که این دستاورد میتواند نقش مهمی در رفع گلوگاههای پایداری سلولهای خورشیدی پروسکایتی قلع–سرب تکپیوندی و همچنین سلولهای تاندِم تمامپروسکایتی ایفا کند.
