ارائه نسل جدید سلول‌های خورشیدی با استفاده از مواد بدون سرب

پژوهشگران کره جنوبی در بررسی خود موفق شدند طرح جدیدی برای ابداع سلول‌های خورشیدی ارائه دهند که مبتنی بر مواد بدون سرب است.

به گزارش پایگاه خبری تاسیسات نیوز، کانی‌های موسوم به “پروسکایت” (Perovskite) که مبتنی بر سرب هستند، به عنوان مواد کم‌هزینه و کارآمد برای ساخت‌ سلول‌های خورشیدی، در معرض توجه قرار دارند.

یا وجود این، بی‌ثباتی ذاتی و سم ناشی از سرب این کانی، نگرانی‌هایی را در مورد زیست‌پذیری آن پدید آورده و مشکلاتی برای تجارت سلول‌های خورشیدی و ابزار مبتنی بر این مواد ایجاد کرده است.

پروسکایت‌های بدون سرب، اخیرا به عنوان جایگزینی برای مقابله با سمی بودن پروسکایت‌های مبتنی بر سرب پیشنهاد می‌شوند اما به خاطر کارآیی پایین، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پژوهشگران دانشکده علوم طبیعی “موسسه ملی علوم و فناوری اولسان” (UNIST) کره جنوبی در بررسی جدیدی، موفق شدند با استفاده از پروسکایت‌های بدون سرب، گام بزرگی به سوی ابداع نسل جدید سلول‌های خورشیدی بردارند.

در این بررسی مشخص شد که این ماده جدید، مانند یک مولد شارژ با سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ عمل می‌کند؛ در نتیجه کارآیی و دوام بیشتری دارد.

یافته‌های این پژوهش می‌توانند امکان جدیدی برای به کار بردن پروسکایت‌های بدون سرب در سلول‌های خورشیدی فراهم کنند.

پژوهشگران از میان جایگزین‌های گوناگونی که برای سرب پیشنهاد می‌شوند، از نوعی پروسکایت موسوم به ” Cs2SnI6″ استفاده کردند.

به رغم امیدوارکننده بودن این ماده، سطح و عملکرد آنها تا حد زیادی نامشخص بود.

در نتیجه لازم بود گروه پژوهشی، بررسی جامعی را برای مشخص کردن این ویژگی‌های Cs2SnI6 در طراحی‌ ابزار مبتنی بر این ماده انجام دهند.

این گروه پژوهشی در طول کار خود، مکانیسم انتقال شارژ از Cs2SnI6را با هدف شفاف‌سازی عملکرد سطح آن بررسی کردند.

آنها برای این هدف، یک سیستم الکترود ابداع کردند تا انتقال شارژ از سطح Cs2SnI6 مشخص شود.

همچنین برای این کار، از روش ولتامتری چرخه‌ای استفاده شد. ولتامتری چرخه‌ای، یکی از انواع روش‌های اندازه‌گیری الکتروشیمیایی پتانسیودینامیک است.

در یک آزمایش ولتامتری چرخه‌ای، پتانسیل الکترود کارگر به صورت خطی با زمان تغییر می‌کند.

تحلیل‌ها نشان دادند که حالت سطح Cs2SnI6، فعالیت اکسایش- کاهش بالایی دارد و می‌توان آن را به صورت موثر شارژ کرد.

به علاوه، یک سیستم مولد شارژ مبتنی بر Cs2SnI6 نشان داد که انتقال شارژ از سطح این ماده امکان‌پذیر است.

“هیونو شین”(HyeonOh Shin)، فارغ التحصیل دکتری شیمی دانشکاه اولسان گفت: انتقال شارژ در Cs2SnI6، از میان سطح آن صورت می‌گیرد.

این ویژگی، به طراحی ابزار الکترونیکی و مربوط به انرژی در آینده، کمک خواهد کرد.

پژوهشگران براساس همین راهبرد، سلول‌های خورشیدی هیبریدی را به کمک یک مولد شارژ مبتنی بر Cs2SnI6 برای سلول‌های خورشیدی ارگانیک حساس به نور مهندسی کردند.

این سلول‌های خورشیدی، جریان الکتریکی را طی فرآیندی تولید کردند که در آن، رنگ ارگانیک اکسید شده به حالت نخست خود بازمی‌گردد.

“بیانگ من کیم” (Byung-Man Kim)، از پژوهشگران بخش شیمی دانشگاه اولسان و نویسنده ارشد این پژوهش گفت: با کمک حجم بالای شارژهای الکتریکی موجود در رنگ‌های ارگانیک که وجود اتصال قوی را در سطح Cs2SnI6 نشان می‌دهند، می‌توان جریان الکتریکی بیشتری تولید کرد.

در نتیجه Cs2SnI6، شارژ را به صورت کارآمد به سطح مطلوب پذیرنده الکتریکی می‌رساند و تراکم جریان الکتریکی آن در مقایسه با الکترولیت‌های مایع، تا ۷۹ درصد خواهد بود.

از آنجا که این پژوهش، مکانیسم انتقال شارژ از Cs2SnI6 را با هدف شفاف‌سازی عملکرد سطح آن بررسی می‌کند، مورد توجه چشمگیری قرار گرفته است.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهند که سطح Cs2SnI6، روش اصلی انتقال شارژ با وجود یک واسطه است باید در آینده برای طراحی ابزار مبتنی بر این ماده در نظر گرفته شود.