سلول‌های خورشیدی شفاف با طول عمر ۳۰ ساله!

به نقل از وب‌سايت رسمي دانشگاه ميشيگان، پژوهشگران باور دارند که طراحي سلول‌هاي خورشيدي به صورت شفاف، مي‌تواند به آنها بازدهي بالا و عمر ۳۰ ساله بدهد. پژوهشي که به سرپرستي "دانشگاه ميشيگان" (University of Michigan) انجام شده است، مي‌تواند راه را براي ابداع پنجره‌هايي هموار کند که نيروي خورشيدي را تامين مي‌کنند.

"استفن فارست" (Stephen Forrest)، از پژوهشگران اين پروژه گفت: انرژي خورشيدي، ارزان‌ترين نوع انرژي به شمار مي‌رود که بشر از زمان انقلاب صنعتي تاکنون توليد کرده است. با به کار گرفتن سلول‌هاي خورشيدي روي پنجره‌ها، ساختمان شما به يک نيروگاه تبديل مي‌شود.

اگرچه سيليکون همچنان براي افزايش کارآيي سلول‌هاي خورشيدي، سرآمد است اما شفاف نيست. پژوهشگران براي ابداع سلول‌هاي خورشيدي سازگار با پنجره، مواد آلي يا مبتني بر کربن را بررسي کرده‌اند. چالش پيش روي فارست و گروهش اين بود که چگونه از تجزيه سريع مواد آلي کارآمد هنگام استفاده از آنها جلوگيري کنند.

قدرت و ضعف اين مواد در مولکول‌هايي است که الکترون‌هاي توليدشده توسط نور را به الکترودها منتقل مي‌کنند تا انرژي خورشيدي در آنها ذخيره شود. اين مواد معمولا با نام "گيرنده‌هاي غير فولرن" (NFAs) شناخته مي‌شوند که آنها را از "گيرنده‌هاي فولرن" (Fullerene acceptors) که قوي‌تر هستند اما کارآيي کمتري دارند، متمايز مي‌کند. سلول‌هاي خورشيدي ساخته شده با گيرنده‌هاي غير فولرن که گوگرد را در خود جاي داده‌اند، مي‌توانند به کارآيي ۱۸ درصدي دست يابند اما عمر طولاني ندارند.

پژوهشگران دانشگاه ميشيگان در اين پروژه که با همکاري پژوهشگران "دانشگاه ايالتي کاروليناي شمالي" (NC State)، "دانشگاه تيانجين" (Tianjin University) و "دانشگاه ججيانگ" (Zhejiang University) انجام شده است، تلاش کردند تا اين موضوع را تغيير دهند.

اين گروه پژوهشي در آزمايش‌هاي خود نشان دادند که بدون محافظت از مواد تبديل‌کننده نور خورشيد، بازدهي طي ۱۲ هفته افت مي‌کند.

"يونگشي لي" (Yongxi Li)، پژوهشگر ارشد اين پروژه گفت: کارآيي گيرنده‌هاي غير فولرن، بالا است اما پيوندهاي ضعيفي دارند که با قرار گرفتن در معرض فوتون‌هاي داراي انرژي بالا به ويژه فوتون‌هاي ماوراءبنفش که به صورت متداول در نور خورشيد وجود دارند، جدا مي‌شوند.

پژوهشگران با بررسي ماهيت تجزيه در سلول‌هاي خورشيدي محافظت‌نشده، دريافتند که به تقويت کردن چند بخش نياز دارند. آنها ابتدا بايد جلوي ورود پرتو ماوراءبنفش را بگيرند. بدين منظور، يک لايه اکسيد روي را به قسمت شيشه‌اي سلول‌ها که رو به خورشيد است، اضافه کردند.

وجود يک لايه نازک اکسيد روي در کنار ناحيه جذب نور، به رساندن الکترون‌هاي توليدشده توسط خورشيد به الکترود کمک مي‌کند. از آنجا که جذب‌کننده نور نيز تجزيه مي‌شود، پژوهشگران يک لايه از مواد مبتني بر کربن موسوم به "IC-SAM" را نيز اضافه کردند.

پژوهشگران، سيستم دفاعي جديد خود را در معرض شدت‌هاي گوناگون نور شبيه‌سازي‌شده خورشيد آزمايش کردند و دريافتند که سلول‌هاي خورشيدي جديد آنها پس از گذشت ۳۰ سال نيز همچنان کارآيي بالايي خواهند داشت.

فارست و گروهش در حال حاضر ميزان شفافيت سلول‌هاي خورشيدي را تا ۴۰ درصد افزايش داده‌اند و باور دارند که مي‌توانند به شفافيت ۶۰ درصدي برسند. همچنين آنها در حال رساندن کارآيي سلول‌هاي خورشيدي از ۱۰ درصد به حدود ۱۵ درصد هستند.

از آنجا که اين مواد را مي‌توان به صورت مايع آماده کرد، انتظار مي‌رود که هزينه‌هاي توليد، نسبتا کم باشند.

اين پژوهش، در مجله "Nature Communications" به چاپ رسيده است.