بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی با "زره گرافن"

تیمی از محققان وابسته به دانشگاه اولسان، الکترود جدیدی را ارائه دادند که میتواند پایداری سلولهای خورشیدی پروسکایت را بهبود بخشد. این الکترود جدید به دلیل هزینه پایین و بازدهی تبدیل انرژی بالای می‌تواند بهترین گزینه برای سلولهای خورشیدی نسل بعدی باشد. دلیل این پدیده، وجود یک لایه محافظ بین الکترود مبتنی بر فلز و فیلم پروسکایت است که می‌تواند از تخریب ناشی از فلز جلوگیری کند، و گرافن به عنوان چنین لایه‌ای، می‌تواند از انتشار فلزات و یون‌های هالید جلوگیری کند.
 سلول‌های خورشیدی

 

این تحقیقات توسط پروفسور هایسونگ پارک و تیم تحقیقاتی وی در دانشکده انرژی و مهندسی شیمی دانشگاه اولسان انجام شد. این تیم تحقیقاتی، با استفاده از یک فیلم پلی‌آمید دارای شبکهٔ درونی مس و یک لایه گرافن به عنوان لایه محافظ، یک پلتفورم الکترود هیبرید مبتنی بر شبکه فلزی ایجاد کردند که رسانایی الکتریکی بالا، پایداری شیمیایی عالی و دوام مکانیکی قابل قبولی دارد. این تحقیق به نقش حیاتی گرافن به عنوان یک لایه محافظ برای جلوگیری از تخریب ناشی از فلز و انتشار هالید بین الکترود و لایه پروسکایت هم اشاره دارد.

الکترودهای مبتنی براکسید فلزی (ITO)، تا کنون به عنوان الکترود رسانای معمولی استفاده می‌شدند. اما انعطاف‌ناپذیری و شکنندگی آن‌ها، این الکترودها را برای استفاده در دستگاه پوشیدنی نامناسب می‌سازد. به طور ویژه، مانع اصلی استفاده از الکترودهای رسانای شفاف، در سلول‌های خورشیدی پروسکایت، تخریب ناشی از نفوذ فلزات و یون‌های هالید بین الکترود فلز و لایه پروسکایت است.

محققان با قرار دادن یک ورق گرافن به عنوان لایه گرافنی محافظ در فصل مشترک لایه الکترود فلزی- پروسکایت، این مشکل را حل کردند. گرافن از رسانایی الکتریکی بالایی برخوردار است، و این امر باعث می‌شود الکترون‌ها به راحتی در آن حرکت کنند. با این وجود، نفوذناپذیری عالی گرافن، حتی از نفوذ کوچکترین مولکول نیز جلوگیری می‌کند. تیم تحقیقاتی اشاره کرد: «گرافن در صورت ترکیب با نانوساختارهای فلزی می‌تواند در انتشار یون فلز و هالید در فصل مشترک لایه الکترود فلزی- پروسکایت، مانند یک مانع عمل کند. از طرفی گرافن باعث بهبود جمع‌آوری بار در فضای خالی نانوساختارهای فلزی شده، و به عنوان یک لایه محافظ به دلیل شفافیت نوری بالا، اتلاف در انتقال نوری را به حداقل رسانده و دوام مکانیکی الکترود هیبرید را بهبود می‌بخشد.»

محققان از این الکترود هیبرید شفاف و انعطاف پذیر، برای ساخت سلول‌های خورشیدی پروسکایت فلزی انعطاف‌پذیر مبتنی بر TCE استفاده کردند که از ثبات شیمیایی و مکانیکی خوبی برخوردار بودند. این دستگاه به PCE بالایی یعنی ۱۶.۴٪؜ در مقایسه با همتای سفت و سخت خود که مبتنی براکسیدفلزی بوده و PCE آن ۱۷.۵٪ است، دست یافت. آن‌ها همچنین با جلوگیری از نفوذ یون فلز و هالید، نقش لایه گرافن در پایداری شیمیایی سلول‌های خورشیدی را تأیید کردند. به علاوه، الکترود GCEP قابلیت پایداری سلول خورشیدی پروسکایت را با مسدود کردن نور ماورا بنفش (UV) و نورهای نزدیک به اشعه ماورا بنفش، بهبود بخشید و پس از 1000 ساعت کار، بیش از 97.5٪ از بازده اولیه نیز حفظ شد. علاوه بر این، پس از 5000 آزمایش خمش، با حفظ 94٪ از بازده اولیه، دوام مکانیکی عالی را نشان داد. بنابراین برای دستگاه‌های پوشیدنی نسل بعدی قابل استفاده است.

جئونگ اولین نویسنده این مقاله می‌گوید: «این مطالعه نشان می‌دهد که قرار دادن یک لایه محافظ بین الکترود مبتنی بر فلز و فیلم پروسکایت می‌تواند از تخریب ناشی از فلز جلوگیری کند و گرافن به عنوان یک لایه محافظ می‌تواند از انتشار فلزات و یون‌های هالید به طور مؤثر جلوگیری کند.» همچنین پروفسور پارک می‌گوید: «روش جدید به طور قابل توجهی بازدهی و پایداری سلول‌های خورشیدی پروسکایت را بهبود بخشیده است. این کار یک استراتژی مؤثر برای طراحی پلتفرم‌های مبتنی بر TCE با کمک فلز و بدون اکسید فلز، با پایداری مکانیکی و شیمیایی در سلول‌های خورشیدی پروسکایت فراهم می‌کند.»

ثبت رکوردی جدید در سلول خورشیدی

ثبت رکوردی جدید در سلول خورشیدی تاندم بر پایه سلول خورشیدی انعطاف‌پذیر CIGS

با همکاری شرکت آمریکایی MiaSolé Hi-Tech Corp و شرکت اروپایی Solliance Solar Research بازده تبدیل نیرو ۲۶.۵ درصدی در یک سلول خورشیدی تاندم ایجاد شد. این معماری ترکیبی از دو فناوری سلول خورشیدی با فیلم نازک است: یک سلول خورشیدی پروسکایت نیمه شفاف سخ...