بهبود سلول‌های خورشیدی با ساخت در مقیاس اتمی
مجله علمی ایلیاد - محققین مکانیسم دقیقی که باعث می‌شود سلول‌های خورشیدی جدید در هوا بشکنند را کشف کردند و راه را برای حل این مسأله هموار کردند. سلول‌های خورشیدی انرژی خورشید را جمع‌آوری می‌کنند و جایگزینی برای منابع انرژی تجدیدناپذیر مانند سوخت‌های فسیلی محسوب می‌شوند. به هر حال آن‌ها با چالش‌های بزرگی مانند فرآیند تولید پُرهزینه و بازده ضعیف روبرو هستند.
در نوع جدیدی از سلول‌های خورشیدی مواد جاذب نوری مانند ترکیباتی از سرب و کلسیم و تیتانیوم و هالوژن‌ها، پروفسکیت، مورد استفاده قرار می‌گیرند که موفقیت‌های بزرگی کسب کرده است. این مواد انعطاف‌پذیری بیشتری دارند و ساخت آن‌ها نیز ارزان‌تر از سلول‌های خورشیدی مرسوم با جنس سیلیکونی است. به هر حال، سلول‌های پروفسکیتی در شرایط طبیعی به سرعت تخریب می‌شوند و در طول چند روز عملکرد آن‌ها به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. به همین دلیل این مواد در حال حاضر به‌طور گسترده استفاده نمی‌شوند.
گروهی به رهبری دانشمندان بخش شیمی کالج ساطنتی انگلیس، قبلاً کشف کرده بودند که دلیل این کاهش عملکرد تشکیل سوپراکسیدهایی است که به مواد پروفسکیت حمله می‌کنند. زمانی که نور به سلول‌های خورشیدی می‌رسد الکترون آزاد می‌شود و این الکترون‌ها با اکسیژن هوا واکنش می‌دهند و سوپراکسیدها تشکیل می‌شوند. اکنون در مطالعه‌ای که در مجله‌ی Nature Communications به چاپ رسیده است، گروه محققین مشخص کرده‌اند که سوپراکسیدها چگونه شکل می‌گیرند و چگونه به پروفسکیت حمله می‌کنند و همچنین راه‌حلی احتمالی نیز برای این موضوع ارائه داده‌اند.
با همکاری دکتر «کریستوفر ایمز» و پروفسور «سیف‌الاسلام» از دانشگاه بس، گروه محققین دریافتند که تشکیل سوپراکسیدها به خاطر فضاهای موجود در ساختار پروفسکیت است که در حالت معمولی توسط یدید، پُر می‌شود. اگرچه یدید به‌عنوان بخشی از ترکیبات پروفسکیت محسوب می‌شود، ولی در صورت از بین رفتن آن، فضای خالی ایجاد شده به‌عنوان نقص ساختاری به‌جا می‌ماند. این فضاهای خالی در مرحله‌ی بعد برای تشکیل سوپراکسیدها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
گروه محققین دریافتند که تزریق یدید به پروفسکیت پس از ساخت، ثبات آن را بهبود می‌بخشد، ولی راه‌حل بهتر و دائمی نیاز است تا این نقص به‌طور کامل برطرف شود. «نیکولاس آریستیدو» نویسنده‌ی اصلی مطالعه‌ی جدید، از بخش شیمی کالج سلطنتی انگلیس می‌گوید: «پس از مشخص شدن نقش یدید در تولید سوپراکسیدها، ما با موفقیت توانستیم ثبات مواد را با پر کردن جاهای خالی ساختار توسط یون‌های اضافی یدید بهبود بخشیم.»
دکتر «سیف حق» از بخش شیمی کالج سلطنتی به‌عنوان محقق ارشد می‌گوید: «اکنون ما مسیر را برای درک این فرآیند در مقیاس اتمی هموار کرده‌ایم و طراحی دستگاه‌هایی با پایداری بهبود یافته را ممکن ساخته‌ایم.» در حال حاضر، تنها راه پیشگیری از خرابی سلول‌های پروفسکیت توسط هوا و نور این است که سلول‌ها با شیشه پوشانده شوند. به هر حال سلول‌های خورشیدی پروفسکیتی از مواد انعطاف‌پذیر ساخته شده‌اند تا بتوانند در موقعیت‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرند و پوشاندن آن‌ها با شیشه این قابلیت را در آن‌ها محدود می‌کند.
دکتر حق می‌گوید: «پوشاندن سلول‌ها با شیشه، جابجایی سلول‌ها را محدود می‌کند و وزن سلول را افزایش داده و همچنین بر قیمت آن نیز می‌افزاید. بهبود بخشیدن به خود مواد پروفسکیتی بهترین راه‌حل است.» گروه محققین امیدوارند بتوانند در مرحله‌ی بعد آزمایشات پایداری سلول‌ها را در دنیای واقعی به انجام برسانند. سلول‌ها در معرض ترکیبی از اکسیژن و رطوبت قرار می‌گیرند و طی سناریوهای محتمل مورد آزمایش قرار می‌گیرند.
نوشته: Imperial College London
ترجمه: امید محمدی - مجله علمی ایلیاد