سلول‌های خورشیدی دومرحله‌ای پروسکایت-سیلیکون از دو ماده جاذب نور تشکیل شده‌اند. سیلیکون، بخشی از نور خورشید و لایه پروسکایت نیز طول موج‌هایی را جذب می‌کند که سیلیکون در تبدیل آنها به انرژی الکتریکی عملکرد کمتری دارد. ترکیب این دو ماده می‌تواند بازده سلول را در مقایسه با سلول‌های خورشیدی متداول سیلیکونی افزایش دهد.

یکی از روش‌های امیدوارکننده برای تولید این سلول‌ها، تبخیر همزمان است. در این فرایند، مواد اولیه مورد نیاز برای تشکیل پروسکایت در شرایط خلأ حرارت داده می‌شوند تا به بخار تبدیل شوند و سپس به‌صورت همزمان روی بخش سیلیکونی سلول رسوب می‌کنند و یک لایه نازک را تشکیل می‌دهند.

تبخیر همزمان از روش‌هایی است که در صنعت کاربرد دارد و از این رو، گزینه‌ای مناسب برای تولید انبوه سلول‌های خورشیدی به شمار می‌رود. این روش همچنین برخلاف برخی روش‌های دیگر تولید لایه‌های پروسکایت، به استفاده از حلال‌های مایع نیاز ندارد.

با این حال، ایجاد یک لایه پروسکایت صاف و یکنواخت روی سیلیکون همچنان با چالش‌هایی همراه است. میان لایه سیلیکونی و لایه پروسکایت، پوششی بسیار نازک به نام «تک‌لایه خودآرا» (SAM) قرار دارد که به انتقال بارهای الکتریکی مثبت در سلول کمک می‌کند.

در حالت مطلوب، این لایه باید سطح سیلیکون را به‌طور یکنواخت بپوشاند اما سطح سیلیکون دارای بافت‌های بسیار ریزی است که برای جذب بیشتر نور ایجاد شده‌اند و «تک لایه خودآرا» نیز همیشه به‌صورت یک لایه منفرد و یکنواخت شکل نمی‌گیرد.

پژوهشگران مرکز هلمهولتز برلین این مشکل را با استفاده از تجهیزات تصویربرداری پیشرفته بررسی کردند. تصویربرداری با میکروسکوپ اسکن مادون قرمز نشان داد ضخامت «تک لایه خودآرا» در بخش‌های مختلف سطح به‌طور قابل‌توجهی متفاوت است. در برخی مناطق تنها یک لایه مولکولی تشکیل، در حالی که در مناطق دیگر چندین لایه یا تجمع‌های بزرگ‌تری از مولکول‌ها ایجاد شده بود.  مولکول‌ها همچنین تمایل داشتند در فرورفتگی‌های سطح بافت‌دار سیلیکون تجمع کنند و در نتیجه، پوشش ایجادشده یکنواخت نبود.

پژوهشگران سپس با استفاده از تصویربرداری پرتو ایکس، نحوه رشد لایه پروسکایت را روی این سطح نامنظم بررسی کردند. نتایج نشان داد لایه جدید تشکیل‌ شده پروسکایت نمی‌تواند ناهمگونی‌های موجود در لایه زیرین را برطرف کند. همچنین در محل اتصال پروسکایت به بخش سیلیکونی سلول، یدید سرب ناخواسته تشکیل می‌شود که ایجاد نقص‌هایی را به دنبال دارد و می‌تواند عملکرد سلول را کاهش دهد.

پژوهشگران برای حل این مشکل، لایه‌ای بسیار نازک از سزیم کلرید را میان دو بخش سلول پشت سر هم قرار دادند و این لایه به رشد یکنواخت‌تر پروسکایت روی سطح بافت‌دار سیلیکون کمک کرد.

لایه سزیم کلرید همچنین از تشکیل یدید سرب ناخواسته در محل اتصال دو لایه جلوگیری کرد. در نتیجه، لایه پروسکایت یکنواخت‌تر و باکیفیت‌تر شد و سلول خورشیدی دومرحله‌ای پروسکایت-سیلیکون به بازده ۳۰.۳ درصد دست یافت.

نتایج این پژوهش که در مجله Joule منتشر شده است، می‌تواند به توسعه سلول‌های خورشیدی دومرحله‌ای برای تولید تجاری کمک کند. از آنجا که روش مبتنی بر خلأ به حلال نیاز ندارد، ممکن است به افزایش پایداری سلول‌ها نیز کمک کند؛ موضوعی که همچنان یکی از چالش‌های اصلی در مسیر تجاری‌سازی فناوری خورشیدی پروسکایت است.

تک نیوز گزارش کرد، پژوهشگران معتقدند این دستاورد می‌تواند به نزدیک‌تر شدن سلول‌های خورشیدی پشت سرهم پربازده به مرحله تولید صنعتی قابل‌ اعتماد کمک کند و مسیر استفاده تجاری از این فناوری را هموارتر سازد.

انتهای پیام