سلول خورشیدی هیبریدی پروسکایت-آلی به راندمان رکوردشکن توان 24 درصد دست یافت

دانشمندان کره‌ای یک سلول خورشیدی پروسکایت-آلی با یک لایه دوقطبی زیر نانومتری یکنواخت ساخته‌اند. این دستگاه در آزمایش‌ها راندمان تبدیل توان 24 درصد را ثبت کرد که یک رکورد جدید برای سلول‌های خورشیدی هیبریدی پروسکایت-آلی مبتنی بر سرب است.

محققان موسسه پیشرفته علم و فناوری کره (KAIST) و دانشگاه یونسی یک سلول خورشیدی هیبرید آلی-غیرآلی با راندمان بالا و پایداری بالا ساخته‌اند.

مقاله تحقیقاتی “سرکوب تجمع حفره‌ها از طریق رابط‌های دوقطبی زیر نانومتری در سلول‌های خورشیدی هیبریدی پروسکایت/آلی برای تقویت برداشت فوتون‌های نزدیک به مادون قرمز”، که در مجله Advanced Materials منتشر شده است، می‌گوید یک گلوگاه کلیدی برای بهبود راندمان در سلول‌های خورشیدی هیبریدی پروسکایت-آلی، عدم تطابق سطح انرژی در رابط پروسکایت/اتصال همگن حجیم (BHJ) است که منجر به تجمع بار می‌شود.

این مقاله می‌افزاید که سلول‌های خورشیدی پروسکایتی مبتنی بر سرب موجود از استفاده از تقریباً 52٪ از کل انرژی خورشیدی جلوگیری می‌کنند، زیرا طیف جذب آن‌ها محدود به ناحیه نور مرئی با طول موج 850 نانومتر یا کمتر است.

برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی دستگاهی هیبریدی طراحی کرد که یک اتصال همگن حجیم آلی (BHJ) را با پروسکایت ترکیب می‌کند، که منجر به یک سلول خورشیدی می‌شود که می‌تواند تا ناحیه نزدیک به مادون قرمز را جذب کند.

محققان یک لایه رابط دوقطبی زیر نانومتری، بر اساس ایزومری به نام B3PyMPM، را مستقیماً روی سطح پروسکایت معرفی کردند که ادعا می‌شود مانع انرژی بین پروسکایت و BHJ را کاهش می‌دهد. این امر باعث کاهش تجمع بار، به حداکثر رساندن سهم در ناحیه نزدیک به مادون قرمز و بهبود چگالی جریان به 4.9 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع شد.

این سلول با یک بستر ساخته شده از اکسید قلع ایندیوم (ITO)، یک لایه تک مولکولی خودآرایی بر اساس MeO-2PACz، جاذب پروسکایت، لایه رابط دوقطبی، رابط BHJ، لایه بافر باتوکپروئین (BCP) و یک تماس فلزی مس (Cu) ساخته شده است.

در آزمایش‌ها، این دستگاه هیبریدی به راندمان تبدیل توان 24 درصد دست یافت که نسبت به 20.4 درصد قبلی افزایش یافته است و طبق گفته مقاله تحقیقاتی، این یک رکورد برای سلول‌های خورشیدی هیبریدی پروسکایت-آلی مبتنی بر سرب است.

این دستگاه همچنین راندمان کوانتومی داخلی (IQE) بالایی را نسبت به مطالعات قبلی به دست آورد و به 78 درصد در ناحیه نزدیک به مادون قرمز رسید. همچنین پایداری بالایی را نشان داد و بیش از 80 درصد راندمان اولیه خود را پس از بیش از 800 ساعت در شرایط رطوبت شدید حفظ کرد.

جونگ-یونگ لی، یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «از طریق این مطالعه، ما به طور موثر مشکلات تجمع بار و عدم تطابق باند انرژی را که سلول‌های خورشیدی هیبریدی پروسکایت-آلی موجود با آن مواجه بودند، حل کردیم و قادر خواهیم بود راندمان تبدیل توان را به طور قابل توجهی بهبود بخشیم در حالی که عملکرد جذب نور نزدیک به مادون قرمز را به حداکثر برسانیم. این یک پیشرفت جدید خواهد بود که می‌تواند مشکلات پایداری مکانیکی-شیمیایی پروسکایت‌های موجود را حل کند و محدودیت‌های نوری را برطرف کند.»

نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو
منبع: مجله فتوولتائیک PV