به گزارش ایسنا، سلولهای خورشیدی پروسکایتی (Perovskite Solar Cells, PSCs) نسل جدیدی از فناوریهای خورشیدی هستند که بر پایه مواد با ساختار بلوری پروسکایت (معمولاً ترکیبات آلی–هالیدی–فلزی مانند CH3NH3PbI3) توسعه یافتهاند. این ساختار به دلیل ویژگیهای الکترونیکی و نوری منحصربهفرد—از جمله جذب نوری شدید، تحرک حامل بالا، طول انتشار طولانی و امکان تنظیم شکاف باند—توانسته است طی یک دهه جایگاهی ویژه در پژوهشهای فوتوولتائیک کسب کند.
برخلاف سلولهای خورشیدی سیلیکونی که نیازمند فرآیندهای حرارتی و صنعتی سنگین هستند، سلولهای پروسکایتی را میتوان با روشهای کمهزینهتری مانند چاپ محلولی، اسپری، اسپینکوتینگ و حتی پرینت رولبهرول تولید کرد. این مزیت، امکان تولید انبوه و انعطافپذیر (روی بسترهای پلاستیکی و انعطافپذیر) را فراهم میکند. در نتیجه، این فناوری در بسیاری از ارزیابیهای اقتصادی بهعنوان رقیب جدی سیلیکون در آینده انرژی خورشیدی مطرح است.
راندمان تبدیل انرژی این سلولها از حدود ۳ درصد در سال ۲۰۰۹ به بیش از ۲۶–۲۶.۵ درصد در نسخههای تکپیوندی (single-junction) و بیش از ۳۳ درصد در ساختارهای پروسکایت–سیلیکون هیبریدی رسیده است. این نرخ پیشرفت سریعتر از هر فناوری فوتوولتائیک دیگری در تاریخ بوده است.
با وجود مزایای چشمگیر، دو چالش اصلی مسیر تجاریسازی را محدود کردهاند؛ یکی پایداری محیطی و عملیاتی در برابر رطوبت، اکسیژن، حرارت و تابش طولانیمدت و دیگری ایمنی و اثرات زیستمحیطی سرب در ترکیبات پروسکایتی.
پیشرفتهای سالهای اخیر در پوششدهیهای حفاظتی، پروسکایتهای بدون سرب (tin-based)، مهندسی لایهها و معماریهای جدید سبب شده است که پایداری عملیاتی برخی نمونهها به بیش از ۴۰۰۰–۶۰۰۰ ساعت تحت تابش مداوم برسد؛ رقمی که هنوز کمتر از سیلیکون است، اما به استانداردهای تجاری نزدیک میشود.
وضعیت جهانی تولید و تجاریسازی سلولهای پروسکایتی (تا سال ۲۰۲۵–۲۰۲۶)
گرچه تحقیق در این حوزه بسیار پرشتاب است، اما تولید انبوه هنوز در ابتدای مسیر قرار دارد. در حال حاضر چند کشور و شرکت پیشرو در توسعه صنعتی این فناوری هستند. شرکت Oxford PV (بریتانیا/آلمان)، پیشروترین شرکت جهان در سلولهای ترکیبی پروسکایت–سیلیکون است که ظرفیت خط تولید آن حدود ۱۰۰ مگاوات در سال (۲۰۲۳–۲۰۲۴) برآورد می شود. آنها اولین ماژولهای تجاری را برای سالهای ۲۰۲۵–۲۰۲۶ برنامهریزی کردهاند. راندمان ثبتشده بیش از ۲۸ درصد برای ماژولهای هیبریدی است.
شرکت Microquanta Semiconductor (چین) اولین شرکتی است که ماژولهای پروسکایتی را با گواهی IEC دریافت کرده است. ظرفیت مقیاس پایلوت این شرکت بین ۲۰ تا ۵۰ مگاوات اعلام شده و برنامه توسعه چین برای ۲۰۲۶ رسیدن به خطوط ۱۰۰ مگاواتی است.
شرکت Saule Technologies (لهستان) تمرکز خود را بر ماژولهای انعطافپذیر قرار داد و در این راستا ظرفیت پایلوت آن حدود ۵۰ هزار مترمربع در سال است.
روندهای آماری جهانی بازار
حجم سرمایهگذاری جهانی در پروسکایتها از حدود ۱۵۰ میلیون دلار در سال ۲۰۱۸ به بیش از ۱.۲ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۴ رسیده است و انتظار میرود بازار پروسکایت–سیلیکون تا سال ۲۰۳۰ به ظرفیتی بین ۵ تا ۱۰ گیگاوات برسد. چین با بیش از ۶۰ درصد سرمایهگذاری جهانی، در خط مقدم تولید صنعتی قرار دارد و در اروپا پروژههای آزمایشی متعددی با ظرفیتهای ۱۰ تا ۱۰۰ مگاوات در جریان است و ایالات متحده بیشتر روی توسعه مواد پایدار و معماریهای جدید متمرکز است تا تولید انبوه.
سلولهای خورشیدی پروسکایتی به دلیل راندمان بسیار بالا، امکان تولید کمهزینه، قابلیت چاپ و انعطافپذیری، یکی از امیدوارکنندهترین فناوریهای انرژی پاک هستند. با وجود چالشهایی مانند پایداری و حضور سرب، تلاشهای صنعتی و پژوهشی در سالهای اخیر این فناوری را به آستانه تجاریسازی رسانده است و انتظار میرود طی ۳ تا ۵ سال آینده شاهد ورود جدی ماژولهای پروسکایتی به بازار جهانی باشیم.
توسعه سلولهای پروسکاینی در ایران
سلول خورشیدی نسل جدید نانو ساختار پروسکایتی، مهمترین حوزه توسعه فناوری در صنعت سلول خورشیدی در جهان است و انتظار میرود این سلولها تا سال ۲۰۳۰ سهم عمدهای از بازار سلولهای متداول سیلیکونی را تصاحب کنند. بنابر محاسبات و پیش بینیها، سلولهای نانو ساختار پروسکایتی با امکان ساخت به صورت پرینت و استفاده از مواد ارزان قیمت، در صورت تجاریسازی و افزایش مقیاس میتوانند قیمت تمام شدهای معادل یک سوم سلولهای متداول سیلیکونی را داشته باشند.
با وجود فناوران و بومیسازی تجهیزات مرتبط با این فناوری در ایران، فاصله کشور در فناوری پروسکایت با دنیا بر خلاف نسل اول، بسیار کم است و پتانسیل لازم برای ورود کشور به تولید صنعتی سلولهای خورشیدی پروسکایت کاملا مهیا است.
با حمایتهای ستاد توسعه فناوری نانو و میکروی معاونت علمی ریاستجمهوری، در سال ۱۴۰۳ افزایش مقیاس از سلول به ماژول تحقق یافت (ارتقاء از TRL ۴ به TRL۵). ماژول پروسکایتی ارتقاء یافته که توسط یکی از شرکتهای دانشبنیان ساخته شده است، دارای مشخصات زیر است:
* پنل ساخته شده متشکل از مبنای ماژولهای یکپارچه، ابعاد هرمینی ماژول برابر با ۲.۸ سانتی متر در ۲.۸ سانتی متر
* روش ساخت صنعتی
* استفاده از الکترود کربن به جای طلا و کاهش هزینه ساخت
* مبتنی بر لایه انتقال دهنده حفره معدنی و ارزان قیمت
* بازده ماژول ۹.۲۶ درصد
با توجه به پیچیدگیهای فناورانه ساخت این پنل و نوآوریهای به کار رفته هم اکنون این شرکت در حال آماده سازی ۶ پتنت حاصل شده از فرایند ساخت این محصول است.
همچنین از آنجایی که در ساخت این پنل از روشهای کاملا صنعتی استفاده شده است، این طرح هم اکنون آماده جذب سرمایه به منظور تولید نیمه صنعتی است. تمامی طراحی خط تولید، دستگاههای مورد نیاز و فرآیند ساخت نیمهصنعتی انجام شده است.
انتهای پیام
