به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، پژوهشگرانی از چین و کانادا به رهبری دانشگاه نانجینگ، پوششی فوقپایدار برای پروسکایت (Perovskite) توسعه دادهاند. پروسکایت مادهای فوقنازک و سبک است که میتوان آن را روی سطوح بزرگ چاپ کرد. پوشش جدید برای ترمیم نقصهای بسیار ریزی طراحی شده که موجب اتلاف انرژی الکتریکی میشوند.
پنل پروسکایتی ساختهشده توسط پژوهشگران که تقریباً به اندازه یک میز غذاخوری است، به بازده ۲۲ درصدی و توان خروجی ۱۵۸.۴ وات دست یافت. این پنل همچنین توانست شرایط سخت مورد نیاز برای کاربرد تجاری، از جمله گرما، رطوبت و تغییرات شدید دما را تحمل کند؛ عملکردی که در این ابعاد، رکوردی برای این فناوری محسوب میشود.
پژوهشگران این فناوری را خارج از محیط آزمایشگاه نیز آزمایش کردند. آنها یک سامانه خورشیدی پروسکایتی با ظرفیت یک مگاوات را در کنار یک تأسیسات خورشیدی سیلیکونی ۳.۵ مگاواتی در یک نیروگاه خورشیدی نصب کردند.
پژوهشگران عملکرد دو سامانه را به مدت سه ماه زیر نظر گرفتند و دریافتند که با در نظر گرفتن ظرفیت نصبشده یکسان، سامانه پروسکایتی بهطور مداوم برق بیشتری تولید کرده است.
در ماه مارس، سامانه پروسکایتی ۳.۴۲ درصد، در آوریل ۳.۷۹ درصد و در ماه مه ۵.۸۱ درصد بیشتر از سامانه سیلیکونی برق تولید کرد. با افزایش دما و شدت تابش خورشید، برتری پروسکایت نیز بیشتر شد.
نتایج این مطالعه، روشی مقاوم و آماده برای صنعت برای ساخت ماژولهای خورشیدی پروسکایتی بزرگ ارائه میکند و مسیر روشنی را به سوی تولید در مقیاس صنعتی ترسیم کرده است.
پنلهای خورشیدی با استفاده از نور خورشید برای آزاد کردن الکترونها در یک ماده نیمهرسانا، جریان الکتریکی ایجاد میکنند. انرژی خورشیدی که سریعترین منبع در حال رشد برای تولید برق جدید در جهان است، سال گذشته بیش از ۸ درصد برق جهان را تأمین کرد و انتظار میرود در سال ۲۰۲۶ از انرژی بادی و هستهای پیشی بگیرد.
چین با فاصله زیاد بزرگترین بازیگر این صنعت است و حدود ۸۰ درصد ظرفیت تولید پنلهای خورشیدی جهان را در اختیار دارد. این کشور همچنین بر زنجیره تأمین بسیاری از اجزای کلیدی این صنعت تسلط دارد.
تقریباً تمام پنلهای خورشیدی موجود از سیلیکون ساخته میشوند؛ مادهای فراوان و بسیار بادوام که طی چند دهه توسعه صنعتی، فناوری تولید آن به بلوغ بالایی رسیده است.
با این حال، تولید این پنلها به سیلیکون با خلوص بسیار بالا و فرآیندهای پرمصرف انرژی نیاز دارد. علاوه بر این، سلولهای سیلیکونی سخت و شکننده هستند و در نتیجه پنلهای نهایی سنگین و انعطافناپذیرند.
در سالهای اخیر، پروسکایتها که معمولاً از عناصری مانند سرب و ید ساخته میشوند، به مهمترین رقیب فناوری سیلیکونی تبدیل شدهاند. این مواد را میتوان با پخش کردن لایهای بسیار نازک از یک مخلوط مایع تولید کرد؛ روشی که میتواند فرآیند ساخت را سادهتر و ارزانتر کند.
سلولهای پروسکایتی در محیط آزمایشگاهی بهسرعت به بازدهی قابل مقایسه با سلولهای سیلیکونی رسیدهاند. با این حال، حفظ همین عملکرد در پنلهای بسیار بزرگتر دشوار بوده است. یکی از دلایل این مشکل، پوششهای محافظ مورد استفاده در سلولهای کوچک است که به رطوبت حساساند و اعمال یکنواخت آنها روی سطوح بزرگ دشوار است.
پژوهشگران دانشگاه نانجینگ و همکارانشان پیشتر موفق شده بودند پنلهای پروسکایتی در مقیاس یک متر تولید کنند، اما بازده آنها تنها ۱۷.۲ درصد بود و در مقایسه با رقبای سیلیکونی پربازده فاصله قابل توجهی داشتند.
برای رفع نقصهای بسیار کوچک سطحی که بازده را محدود میکردند، تیم پژوهشی در مطالعه جدید شیوه پوشش محافظ را از نو طراحی کرد.
آنها روشی توسعه دادند که در آن، همزمان با شکلگیری پروسکایت، یک نمک حاوی ید بهطور طبیعی در سطح ماده متمرکز میشود و بستری یکنواخت برای اعمال پوشش دوم، ساختهشده از کربوکسیلاتهای سرب، ایجاد میکند.
پژوهشگران دریافتند که برخلاف پوششهای متداول که در برابر رطوبت آسیبپذیرند، روش جدید پیوندهای شیمیایی پایداری با سطح ایجاد میکند و نقصها را در سراسر پنلهای بزرگ بهصورت یکنواختتری برطرف میسازد.
این روش همچنین موجب انتقال کارآمدتر بارهای الکتریکی شده و از ماده در برابر رطوبت، گرما و قرار گرفتن طولانیمدت در معرض نور خورشید محافظت میکند.
پس از ۱۳۰۰ ساعت قرار گرفتن در دمای ۸۵ درجه سانتیگراد و رطوبت ۸۵ درصدی، پنلهایی که از پوشش متداول استفاده میکردند ۳۹ درصد از بازده خود را از دست دادند؛ در حالی که افت بازده پنلهای دارای پوشش جدید تنها ۲ درصد بود.
این مطالعه همچنین نشان داد پس از ۳۰۰ چرخه تغییر دما بین منفی ۴۰ تا مثبت ۸۵ درجه سانتیگراد، تقریباً هیچ افتی در بازده پنلهای آزمایشی مشاهده نشد. این پنلها همچنین مجموعه کامل آزمونهای بینالمللی قابلیت اطمینان مورد نیاز برای سامانههای خورشیدی تجاری را با موفقیت پشت سر گذاشتند.
این نتایج، بهترین عملکرد ثبتشده تاکنون برای فناوری پروسکایتی طراحیشده با هدف تولید در مقیاس صنعتی محسوب میشود.
اگر بتوان این عملکرد را بهطور پایدار در خطوط تولید بزرگتر تکرار کرد و دوام آن را طی سالها بهرهبرداری حفظ کرد، فناوری پروسکایت یک گام مهم دیگر به رقابت مستقیم با سیلیکون در صنعت جهانی انرژی خورشیدی نزدیک خواهد شد.
منبع: scmp
