سلول خورشیدی پروسکایت به انگلیسی: Perovskite solar cell نوعی سلول خورشیدی که شامل ترکیبی با ساختار پروسکایت میشود. این ماده غالباً هیبرید آلی- معدنی هالید سرب یا قلع است. مواد پروسکایت مانند متیل آمونیوم سرب یدید و یا ماده معدنی سزیم سرب یدید، ارزان بوده و فرایند ساخت آسانی دارند.
بازده این سلولها از ۳.۸٪ در سال ۲۰۰۹ تا ۲۲.۷٪ در سال ۲۰۱۷ برای سلولهای تک اتصاله، ۲۶.۷٪ و ۲۵.۲٪ به ترتیب برای سلولهای تندم با سیلیکون با آرایش ۴ و ۲ ترمیناله، افزایش یافتهاست. بدین ترتیب سلولهای خورشیدی پروسکایت، سریعترین فناوری خورشیدی تا به امروز بودهاند. به دلیل پتانسیل این فناوری در دستیابی به بازدههای بیشتر و هزینهٔ ساخت پایینتر، این سلولها توجه زیادی را از نظر تجاری به خود جلب کردهاند.
تاریخچه سلول خورشیدی پروسکایت :
اولین استفاده از مواد پروسکایت در سلولهای خورشیدی در سال ۲۰۰۹ توسط میاساکا و همکارانش گزارش شد. این سلول در ساختار مشابه سلولهای خورشیدی رنگدانهای ساخته شده بود و تنها ۳.۸٪ بازده داشت. علاوه بر آن به دلیل وجود الکترولیت خورنده، این سلول تنها در بازۀ زمانی از مرتبه دقیقه پایدار بود. در سال ۲۰۱۱، پارک و همکارانش با استفاده از ساختاری مشابه به بازده ۶.۵٪ رسیدند.
موفقیت بزرگ در این زمینه زمانی حاصل شد که هنری اسنیت و مایک لی از دانشگاه آکسفورد دریافتند که پروسکایت در مجاورت یک رسانای حفره حالت جامد مانند اسپایروامتد پایدار است و از سوی دیگر برای ترابرد بار نیازی به لایه مزومتخلخل TIO2ندارد. این گروه برای سلول برپایهٔ TIO2به بازده حدود ۱۰٪ درصد و برای سلول ساخته شده برپایهٔ لایهٔ مزومتخلخل عایق به بازده بیش از ۱۰٪ دست یافتند.
در سال ۲۰۱۴، طیفی از روشهای لایهنشانی جدید و بازدههای بیشتر گزارش شدند. به عنوان نمونه یانگ یانگ از دانشگاه کالیفرنیا، لسآنجلس با استفاده از ساختار صفحهای لایه نازک به بازده ۱۹.۳٪ دست یافت. در نوامبر سال ۲۰۱۴ سلول ساخته شده توسط دانشگاه علوم و فناوری کره (KRICT) به بازده ۲۰.۱٪ رسید.
در دسامبر سال ۲۰۱۵، یک رکورد جدید در بازده این نوع سلولها گزارش شد. محققان دانشگاه پلیتکنیک فدرال لوزان به بازده ۲۱٪ رسیدند.
در سال ۲۰۱۶ رکورد بازدهی این سلولها توسط محققان دانشگاه علوم و فناوری کره (KRICT) و مؤسسه علوم و فنون ملی اولسان (UNIST) به ۲۲.۱٪ افزایش یافت.
در حال حاضر بیشترین بازده گزارش شده برای این سلولها، ۲۲.۷٪ است
ویژگی های سلول های خورشیدی پروسکایت:
پروسکایتهای هالید فلزی دارای ویژگیهای منحصر به فردی هستند که استفاده از آنها در سلولهای خورشیدی را توجیه میکند. مواد خام استفاده شده و نیز روشهای ساخت این مواد (مانند پرینت)، هر دو ارزان و کم هزینه هستند. از سوی دیگر ضریب جذب زیاد این مواد، امکان استفاده از فیلمهایی با ضخامت کم (حدود ۵۰۰ نانومتر) را ممکن میسازد. به عبارت دیگر، برای جذب کامل نور مرئی تنها به یک فیلم چند صد نانومتری از پروسکایت نیاز است. ترکیب این ویژگیها، امکان ساخت ماژولهای خورشیدی ارزان، پربازده، نازک، سبک و انعطافپذیر را فراهم میسازد.
در سالهای اولیه تحقیق بر روی این نوع سلولها، چالش بزرگ این بود که بزرگترین سلولهای خورشیدی پروسکایت، به اندازه یک بند انگشت بوده و از سوی دیگر به سرعت نیز در رطوبت هوا تجزیه میشدند. در سال ۲۰۱۷، محققان دانشگاه پلیتکنیک فدرال لوزان در مقالهای، ساخت ماژولی در ابعاد بزرگ را گزارش کردند که در مدت یک سال بدون هیچ تغییر قابل مشاهدهای پایدار باقی مانده بود. در حال حاضر، این گروه همراه با نهادهای دیگر، در حال توسعه ساخت سلولهای خورشیدی پروسکایت قابل پرینت با بازده ۲۲٪ هستند که پس از انجام تستهای پایداری بتواند ۹۰٪ بازدهی خود را حفظ کند.
مواد تشکیل دهنده سلول خورشیدی پروسکایت :
نام سلول خورشیدی پروسکایت از ساختار کریستالی ABX3مادهٔ جاذب آن که به نام ساختار پروسکایت شناخته میشود، نشئت میگیرد. متداولترین جاذب پروسکایت، متیل آمونیوم سرب تریهالید X/CH3NH3PBX3 یک اتم هالوژن مانند ید، برم و یا کلر است با گاف انرژی بین ۱.۵ تا ۲.۳ الکترون ولت (وابسته به نوع هالید) است. فرمامیدینیوم سرب تریهالید H2NCHNH2PBX3 نیز با گاف انرژی بین ۱.۵ تا ۲.۲ الکترون ولت، مادهٔ پرکاربردی در این زمینه محسوب میشود. اولین استفاده از پروسکایتها در سلولهای خورشیدی، به استفاده از CSpBI3 به عنوان رسانای حفرهٔ نوع p و جاذب در سلولهای خورشیدی رنگدانهای باز میگردد. با توجه به نگرانیهای که در مورد حضور سرب در ساختار پروسکایتها وجود داشت، مطالعاتی نیز بر روی سلولهای خورشیدی پروسکایت برپایهٔ قلع مانند CH3NH3SNI3نیز انجام شدهاست. بازدهی گزارش شده از این نوع سلولها عموماً کمتر از سلولهای برپایهٔ سرب بودهاست.
0 نظر