افزایش راندمان و پایداری سلولهای خورشیدی پرسکایتی با لایه دولایه اکسید قلع (SnO₂)
🔬 چکیده پژوهش
پژوهشگران کره جنوبی موفق شدهاند با استفاده از لایه انتقال الکترون دولایه از اکسید قلع (Bilayer SnO₂ ETL)، راندمان و پایداری سلولهای خورشیدی پرسکایتی با معماری تماس پشتی (Back-Contact PSC) را بهطور محسوسی افزایش دهند. این رویکرد با بهبود کیفیت فصل مشترکها و کاهش بازترکیب بار، یکی از چالشهای اصلی این ساختار پیشرفته را برطرف میکند.
☀️ معماری تماس پشتی در سلولهای پرسکایتی چیست؟
در سلولهای خورشیدی پرسکایتی با تماس پشتی (BC-PSC):
- لایه جاذب پرسکایت در بالای ساختار قرار میگیرد
- نور خورشید مستقیماً به لایه فعال میتابد
- الکترودها و لایههای انتقال بار (ETL و HTL) در پشت سلول تعبیه میشوند
✅ مزایای این معماری
- کاهش تلفات نوری
- افزایش جذب فوتون
- پتانسیل راندمان بالاتر نسبت به ساختارهای Front-Contact
❌ چالش اصلی
حاملهای بار (الکترون و حفره) باید مسیر طولانیتری طی کنند؛ این موضوع باعث افزایش:
- بازترکیب در فصل مشترکها
- نقصهای بینسطحی
- افت راندمان و کاهش پایداری عملیاتی
🧪 راهکار پژوهش: لایه انتقال الکترون دولایه SnO₂
تیم تحقیقاتی به سرپرستی دکتر مین کیم از دانشگاه سئول و دانشجوی دکترای دوهون بک از دانشگاه ملی جونبوک، یک ETL دولایه از اکسید قلع طراحی کردند که به روش Spin-Coating ساخته میشود.
ساختار دولایه شامل:
- 🔹 لایه اول: SnO₂ نانوذرهای (Colloidal SnO₂)
- 🔹 لایه دوم: SnO₂ تهیهشده به روش Sol-Gel
این ترکیب باعث بهبود همزمان:
- تماس فیزیکی در فصل مشترک پرسکایت–ETL
- همترازی نوار انرژی
- تحرک الکترونی
- کاهش تلفات ناشی از بازترکیب بار
⚡ چرا SnO₂ برای ETL انتخاب شد؟
به گفته دکتر مین کیم:
«SnO₂ به دلیل همترازی مناسب نوار رسانش با پرسکایت و همچنین تحرک الکترونی بالاتر نسبت به TiO₂، گزینهای ایدهآل برای لایه انتقال الکترون است.»
مزایای SnO₂ نسبت به TiO₂:
- تحرک الکترونی بالاتر
- پردازش در دمای پایین
- سازگاری بهتر با معماری تماس پشتی
- کاهش تلههای الکترونی در فصل مشترکها
🔎 طراحی آزمایش و مقایسه ساختارها
سه نوع سلول خورشیدی BC-PSC با ETL متفاوت ساخته و بررسی شد:
- SnO₂ کلوئیدی (نانوذرهای)
- SnO₂ به روش Sol-Gel
- SnO₂ دولایه (Bilayer) ✅
تمام ETLها:
- روی زیرلایه ITO
- با روش Spin-Coating
- و الگوگذاری فوتولیتوگرافی
ساخته شدند تا مقایسه عملکرد کاملاً منصفانه باشد.
📊 نتایج کلیدی آزمایشها
🔌 جریان نوری تولیدی (Photocurrent)
- Bilayer SnO₂: ✅ 33.67 pA
- Sol-Gel SnO₂: 26.69 pA
- Colloidal SnO₂: 14.65 pA
⚙️ راندمان تبدیل توان (PCE)
- بیشینه راندمان: ✅ 4.52٪ (برای ساختار دولایه)
- همراه با پایداری عملیاتی بالاتر
🔍 افزایش کارایی مستقیماً به:
- کاهش بازترکیب
- بهبود استخراج بار
- و کیفیت بالاتر فصل مشترک مربوط است.
🌍 اهمیت این دستاورد برای آینده انرژی خورشیدی
طبق جمعبندی پژوهشگران، سلولهای خورشیدی پرسکایتی با تماس پشتی:
- مناسب ماژولهای انعطافپذیر
- قابلیت مقیاسپذیری صنعتی
- پتانسیل بالا برای پنلهای خورشیدی نسل آینده
✍️ به گفته دوهون بک:
«یافتههای ما میتواند مسیر تجاریسازی فناوری BC-PSC را هموار کرده و نقش مهمی در توسعه راهکارهای انرژی پایدار ایفا کند.»
نویسنده منبع: آرانیرو
محل: توکیو، ژاپن
انتشار علمی: Journal of Power Sources – جلد 654 (۳۰ اکتبر ۲۰۲۵)
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید!