به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، با افزایش تقاضای جهانی برای منابع انرژی پاک‌تر و کارآمدتر، انرژی خورشیدی همچنان یکی از امیدوارکننده‌ترین راه‌حل‌ها است. با این حال، حتی با پیشرفت فناوری فتوولتائیک، مهندسان همچنان به دنبال تعادل بین کارایی، پایداری و هزینه هستند.
در میان مدعیان نوظهور، سلول‌های خورشیدی پشت سر هم پروسکایت/سیلیکون (TSC) به دلیل پتانسیل خود برای عملکرد بهتر از سلول‌های سیلیکونی سنتی، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند؛ با این حال، افزایش مقیاس آنها برای استفاده تجاری همچنان یک چالش است.
اکنون، یک تیم مهندسی در دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ کنگ (PolyU) از پیشرفت قابل توجهی در مقابله با این موانع خبر داده است.
محققان به رهبری پروفسور لی گنگ و پروفسور یانگ گوانگ از دانشکده مهندسی برق و الکترونیک، در تلاشند تا راندمان تبدیل انرژی TSCهای پروسکایت/سیلیکون را از حدود ۳۴ درصد به نزدیک ۴۰ درصد افزایش دهند.
یافته‌های آنها طرحی برای بهبود کارایی، پایداری و مقیاس‌پذیری ارائه می‌دهد که گام‌های کلیدی در جهت استقرار گسترده و همسویی با اهداف خنثی‌سازی کربن چین هستند.
تیم PolyU بررسی دقیقی از عملکرد TSC انجام داد و چگونگی تبدیل موفقیت آزمایشگاهی به دوام در دنیای واقعی را تجزیه و تحلیل کرد.
پروفسور لی گانگ گفت: «در حالی که دستگاه‌های در مقیاس آزمایشگاهی پیشرفت چشمگیری در بهره‌وری نشان داده‌اند، تلاش‌های بیشتری برای بهبود قابلیت اطمینان آنها، از جمله به حداقل رساندن تلفات بهره‌وری از دستگاه‌های کوچک به ماژول‌های بزرگ، مورد نیاز است.»
این تیم تأکید کرد که مواد پروسکایت در برابر رطوبت، اکسیژن، نور ماوراء بنفش و نوسانات دما آسیب‌پذیر هستند و همه این موارد به مرور زمان عملکرد را کاهش می‌دهند.
مقیاس‌بندی این دستگاه‌ها به ماژول‌های کامل، چالش‌های تولیدی مانند تضمین یکنواختی مواد و کنترل نقص‌ها را نیز به همراه دارد. اگرچه آزمایش‌های فضای باز آغاز شده است، اما داده‌های قابلیت اطمینان بلندمدت همچنان محدود هستند.
برای رفع این شکاف‌ها، محققان آزمایش‌های پایداری تسریع‌شده را بر اساس استاندارد‌های کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک توصیه می‌کنند. پروفسور لی افزود: «همچنین باید تمرکز ویژه‌ای بر اطمینان از مطابقت قابلیت تولید مواد و روش‌ها با استاندارد‌های صنعتی صورت گیرد.»
پرداختن به دغدغه‌های زیست‌محیطی و مادی
اگرچه مواد پروسکایت نسبتاً مقرون به صرفه هستند، اما استفاده از عناصر کمیاب و سرب در آنها نگرانی‌های زیست‌محیطی را افزایش می‌دهد.
تیم PolyU بر توسعه جایگزین‌های پایدار و سیستم‌های مدیریت یا بازیافت مؤثر سرب برای تضمین پایداری بلندمدت این فناوری تأکید دارد.
رویکرد آنها نوآوری علمی را با مسئولیت زیست‌محیطی ترکیب می‌کند و TSCهای پروسکایت/سیلیکون را به عنوان سنگ بنای سیستم‌های انرژی پاک آینده قرار می‌دهد، مشروط بر اینکه صنعت بتواند معیار‌های عملکرد و پایداری را برآورده کند.
همکاری برای راه‌اندازی تجاری
محققان همچنین بر لزوم همکاری بین دانشگاه، صنعت و مؤسسات تحقیقاتی تأکید می‌کنند.
پروفسور یانگ گوانگ گفت: «توسعه‌ی سلول‌های خورشیدی پروسکایت/سیلیکون کارآمد و قابل اعتماد باید این چالش‌های علمی باقی‌مانده را برطرف کند تا به هزینه‌های برق پایین‌تری دست یابیم.»
او افزود که ادغام علم مواد، مهندسی دستگاه و مدل‌سازی اقتصادی برای آمادگی تجاری بسیار مهم خواهد بود.
این تیم پیش‌بینی می‌کند که این کار، گذار از نمونه‌های اولیه آزمایشگاهی به تولید در مقیاس بزرگ را تسریع می‌کند و با اهداف ملی برای مهار انتشار کربن و خنثی‌سازی آن همسو خواهد بود.
پروفسور یانگ گفت: «با ارائه یک منبع پایدار از انرژی تجدیدپذیر با راندمان بالا، هدف ما ارائه پشتیبانی انرژی سبز و قابل اعتماد برای صنایع پرمصرف انرژی مانند هوش مصنوعی است و از این طریق به دستیابی به یک تحول کم کربن در ساختار انرژی کمک می‌کنیم.»
در صورت موفقیت، هدف بازدهی ۴۰ درصدی دانشگاه پلی‌اورتان می‌تواند سلول‌های خورشیدی پروسکایت/سیلیکون را از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی به پشت بام‌ها و شبکه‌های صنعتی منتقل کند و گامی تعیین‌کننده به سوی آینده‌ای با انرژی پاک‌تر بردارد.
این مطالعه در مجله Nature Photonics منتشر شده است.