در حال حاضر، پنل‌های خورشیدی ساخته شده از سیلیکون بر روی پشت بام‌ها و مزارع خورشیدی بزرگ رایج شده‌اند و همچنین قابل اعتماد، آزمایش شده و به حداکثر عملکرد خود نزدیک هستند. دانشمندان برای تولید برق بیشتر از پنل‌ها بدون اشغال فضای بیشتر، سیلیکون را با ماده جاذب نور قدرتمند دیگری به نام پروسکایت ترکیب کرده‌اند. این دو با هم ماده‌ای را تشکیل می‌دهند که به‌عنوان سلول خورشیدی «تاندم» پروسکایت-سیلیکون شناخته می‌شود.
این سلول‌های پیشرفته می‌توانند نور خورشید بیشتری نسبت به پنل‌های معمولی جذب کنند و به راندمان نزدیک به ۳۵ درصد رسیده‌اند، اما بزرگترین نقطه ضعف آنها دوام به ویژه در شرایط گرم، بوده است. اکنون، گروه پژوهشی دانشگاه ملی سنگاپور روشی برای افزایش طول عمر این سلول‌های خورشیدی با کارایی بالا پیدا کرده است. پژوهش آنان بر روی لایه مولکولی بسیار نازکی متمرکز شده است که بخش‌های پروسکایت و سیلیکون سلول را به هم متصل می‌کند. هرچند این لایه بسیار کوچک است، اما نقش مهمی در حرکت روان بار الکتریکی بین دو ماده ایفا می‌کند؛ وقتی این لایه از کار می‌افتد، عملکرد کل سلول خورشیدی کاهش می‌یابد.
دانشمندان مدت طولانی گمان می‌کردند که خود ماده پروسکایت، عامل اصلی بی‌ثباتی است. با این حال، هنگامی که گروه دانشگاه سنگاپور، سلول‌های پروسکایت-سیلیکون را تحت نور و حرارت مداوم با دقت آزمایش کرد، متوجه شد که پروسکایت به طرز شگفت‌آوری پایدار مانده است اما لایه کوچک تماس بین پروسکایت و سیلیکون تجزیه را آغاز کرد.
این لایه که «تک لایه‌های خودساز» نامیده می‌شود، از مولکول‌های با طراحی خاص تشکیل شده است که به‌طور منظم، کمی شبیه فرش بافته شده مرتب، در یک خط قرار می‌گیرند. وقتی دما افزایش می‌یابد، بسیاری از این مولکول‌ها شروع به تغییر، پیچ خوردن یا جدا شدن کرده و موجب ایجاد شکاف‌هایی می‌شوند که جریان برق را مسدود می‌کنند.
پژوهشگران برای حل این مشکل، نسخه جدیدی از این لایه مولکولی را طراحی کردند که می‌تواند خود را محکم‌تر در کنار هم نگه دارد. مولکول‌های جدید با مرتب شدن خود، پیوندهای شیمیایی قوی با یکدیگر تشکیل می‌دهند و شبکه محکم متصل ایجاد می‌کنند که در برابر گرما مقاومت می‌کند. به عبارت ساده، آنها لایه ظریف و سست را به چسب مولکولی سخت‌تر و پایدارتر تبدیل کردند؛ این تغییر، اتصال بین دو ماده را بسیار قوی‌تر و قابل اعتمادتر کرد.
پس از آزمایش، سلول‌های خورشیدی پشت سر هم بهبود یافته، عملکرد بسیار خوبی داشتند و به راندمان بالای ۳۴ درصد رسیدند و به‌طور رسمی توسط مرکز آزمایش مستقل با راندمان ۳۳.۶ درصد تایید شدند.
مهمتر از همه، این سلول‌ها پس از ۱۲۰۰ ساعت کار مداوم در دمای ۶۵ درجه سانتیگراد، بیش از ۹۶ درصد از عملکرد اولیه خود را حفظ کردند. این سطح از پایداری برای سلول‌های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت نادر و گامی بزرگ به سوی استفاده در دنیای واقعی است. پیش‌بینی می‌شود، اکثر پنل‌های خورشیدی معمولی ۲۰ تا ۲۵ سال دوام بیاورند و دستیابی به این نوع قابلیت، اطمینان برای موفقیت هر فناوری جدیدی ضروری است.
پژوهشگران می‌گویند: این بهبود ساده اما موثر می‌تواند به نزدیک‌تر شدن پنل‌های خورشیدی نسل بعدی به بازار کمک کند. آنها با تقویت ضعیف‌ترین حلقه در طراحی، امکان کار قابل اعتماد این سلول‌های با راندمان بالا را برای دوره‌های بسیار طولانی‌تری فراهم کرده‌اند.
سایت ساینس گزارش کرد، گام بعدی، آزمایش نسخه‌های بزرگتر این سلول‌ها در شرایط واقعی فضای باز، به ویژه در آب‌وهوای گرم و مرطوب مانند سنگاپور خواهد بود. در صورت موفقیت، این فناوری می‌تواند به پنل‌های خورشیدی آینده اجازه دهد تا از همان مقدار فضا، برق بسیار بیشتری تولید و به تسریع تغییر جهانی به سمت انرژی پاک کمک کنند.
نتایج این پژوهش در نشریه «علم» (Science) منتشر شده است.
انتهای پیام
