سلول خورشیدی‌ای که می‌پیچد اما نمی‌شکند!

محققان چینی با توسعه یک رویکرد نوآورانه به نام «بذر ضدحلال»، موفق به ساخت سلول خورشیدی پشت‌سرهم پروسکایت/CIGS شدند که نه‌تنها انعطاف‌پذیر و سبک است، بلکه با راندمان ۲۴.۶ درصد، رکوردی تازه در این حوزه ثبت کرده است.

کد خبر: ۱۲۵۲۸۸۲

سه‌شنبه - ۰۲ ارديبهشت ۱۴۰۴ / April 22, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو،

پیشرفتی که توسط دانشمندان چینی انجام شد، فناوری خورشیدی منعطف را با حل یک چالش بزرگ طراحی به جلو سوق داد: اتصال لایه‌های صاف پروسکایت به زیرلایه‌های CIGS خشن‌تر.

تکنیک جدید آنها از دستکاری هوشمند حلال و یک لایه بذر برای بهبود چسبندگی، کارایی و دوام استفاده می‌کند. نتیجه یک سلول خورشیدی پشت سر هم منعطف است که در توان خروجی با مدل‌های سفت و سخت رقابت می‌کند و می‌تواند هزاران بار خم شود بدون اینکه کارایی زیادی از دست بدهد. این می‌تواند نقطه عطفی در ساخت سلول‌های خورشیدی بسیار کارآمد و سبک وزن برای استفاده در دنیای واقعی باشد.

افزایش کارایی سلول خورشیدی با چسبندگی بهتر

محققان چینی روشی را برای کارآمدتر و بادوام‌تر کردن سلول‌های خورشیدی پشت سر هم با بهبود نحوه چسبیدن لایه‌های بالا و پایین به یکدیگر ابداع کرده‌اند.

در هسته این طرح، مس ایندیم گالیم سلنید (CIGS)، یک نیمه هادی پرکاربرد است که به دلیل باند قابل تنظیم، جذب نور قوی، حساسیت کم به تغییرات دما و پایداری طولانی مدت عالی شناخته شده است. این ویژگی‌ها CIGS را به یک ماده ایده آل برای لایه زیرین سلول‌های خورشیدی پشت سر هم نسل بعدی تبدیل می‌کند.

در سلول‌های خورشیدی پشت سر هم انعطاف‌پذیر، یک لایه رویی پروسکایت، یک ماده جاذب نور کارآمد، با یک لایه زیرین CIGS جفت می‌شود. این ترکیب پتانسیل بالایی برای پنل‌های خورشیدی سبک وزن و با کارایی بالا ارائه می‌دهد. با این حال، بافت خشن لایه CIGS، قرار دادن فیلم‌های پروسکایت با کیفیت بالا را دشوار می‌کند و مانعی کلیدی برای توسعه تجاری ایجاد می‌کند.

یک استراتژی هوشمندانه برای بهبود پیوند لایه‌ها

در مطالعه‌ای که امروز (۱۸ آوریل) در Nature Energy منتشر شد، یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور جیچون یه از موسسه فناوری و مهندسی مواد نینگبو (NIMTE) از آکادمی علوم چین، یک استراتژی ابتکاری ضد حلال بذر برای افزایش عملکرد سلول‌های بالای پروسکایت بر روی سطوح ناهموار توسعه داده است.

دانشمندان فرآیند‌های جذب و انحلال تک لایه خود مونتاژ شده (SAM) را از هم جدا کردند و همزمان بذر پروسکایت را ادغام کردند. آنها از یک حلال با قطبیت بالا برای جلوگیری از خوشه بندی SAM در طول انحلال استفاده کردند، در حالی که یک حلال با قطبیت پایین به عنوان یک ضد حلال برای ترویج تشکیل یک SAM متراکم در طول جذب عمل کرد. علاوه بر این، یک لایه دانه از قبل مخلوط شده، ترشوندگی و کریستالی بودن پروسکایت را بهبود بخشید و چسبندگی قوی به بستر را تضمین کرد.

شکستن رکورد در بازده سلول‌های خورشیدی انعطاف پذیر

با این نوآوری ها، تیم یک سلول خورشیدی پشت سر هم پروسکایت/CIGS یکپارچه منعطف ۱.۰۹ سانتی متر مربعی ساخت. این دستگاه در رقابت با همتایان سفت و سخت برتر، به راندمان تثبیت شده چشمگیر ۲۴.۶% (مورد تایید ۲۳.۸%) دست یافت که یکی از بالاترین مقادیر گزارش شده برای سلول‌های خورشیدی لایه نازک انعطاف پذیر تا به امروز است.

پس از ۳۲۰ ساعت کار و ۳۰۰۰ چرخه خمشی در شعاع ۱ سانتی متر، دستگاه بیش از ۹۰ درصد از راندمان اولیه خود را حفظ کرد و دوام مکانیکی استثنایی و پایداری طولانی مدت را نشان داد.

جهشی به سوی پیشرفت‌های تجاری خورشیدی

این دستاورد راه را برای توسعه سلول‌های خورشیدی پشت سر هم انعطاف پذیر مقرون به صرفه و با کارایی بالا هموار می‌کند و کاربرد تجاری فناوری سلول‌های خورشیدی پشت سر هم را پیش می‌برد.

مرجع: "بذردهی ضد حلال تک لایه‌های خود مونتاژ شده برای سلول‌های خورشیدی پشت سر هم پروسکیت یکپارچه انعطاف پذیر/Cu (In,Ga) Se ۲ " توسط Zhiqin Ying, Shiqian Su, Xin Li, Guoxin Chen, Chongyan Lian, Dikai Lu, Meili Zhang, Xuchao Guo, Yuxiohan Tiuan, Yuxioan Lian Xiao، Yuheng Zeng، Chao Zhang، Xi Yang و Jichun Ye، ۱۸ آوریل ۲۰۲۵، انرژی طبیعت.

DOI: ۱۰.۱۰۳۸/s۴۱۵۶۰-۰۲۵-۰۱۷۶۰-۶