پیشرفت بزرگ در سلولهای خورشیدی پروسکایت؛ افزایش دوام تا ۱۵۰۰ ساعت در دمای ۹۰ درجه
آیا میدانستید؟ سلولهای خورشیدی پروسکایت سالهاست بهعنوان یکی از جدیترین گزینهها برای آینده انرژی خورشیدی مطرح هستند؛ فناوریای که وعده تولید برق ارزانتر، سبکتر و با راندمان بالاتر نسبت به پنلهای سیلیکونی رایج را میدهد. با این حال، یک مانع اساسی همواره مسیر تجاریسازی گسترده آنها را سد کرده است: ناپایداری و تخریب سریع در شرایط محیطی سخت.
اکنون پژوهشگران آمریکایی با ارائه یک نوآوری شیمیایی هوشمندانه، گام مهمی در رفع این چالش برداشتهاند؛ دستاوردی که میتواند عمر مفید پنلهای خورشیدی نسل آینده را بهطور چشمگیری افزایش دهد.
افزایش چشمگیر دوام سلولهای خورشیدی پروسکایت
بر اساس نتایج این تحقیق، تیم پژوهشی موفق شده است سلولهای خورشیدی پروسکایت با دوام عملیاتی بیش از ۱۵۰۰ ساعت در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد تولید کند؛ رکوردی قابل توجه که نشاندهنده جهشی اساسی در مسیر کاربرد صنعتی این فناوری است.
رویکردی متفاوت در مهندسی ساختار سلول
سلولهای خورشیدی پروسکایت ساختاری لایهای دارند که میتوان آن را به یک «ساندویچ مهندسیشده» تشبیه کرد؛ جایی که لایه فعال جذب نور میان دو لایه رابط قرار میگیرد. در حالی که اغلب پژوهشها بر اصلاح نقصهای سطح بالایی تمرکز دارند، این تیم تحقیقاتی رویکردی جامعتر را در پیش گرفته است.
در این روش، نهتنها نقصهای سطحی، بلکه نقصهای حجمی درون ماده و فصل مشترک مدفون پایینی—که معمولاً نادیده گرفته میشود—بهطور همزمان اصلاح شدهاند. نتیجه این راهبرد، پایداری ساختاری کامل سلول از بالا تا پایین است.
معرفی چسب شیمیایی نوآورانه MEM-MIM-Cl
کلید اصلی این موفقیت، توسعه یک مایع یونی پیشرفته با نام MEM-MIM-Cl (متوکسیاتوکسیمتیل-۱-متیل ایمیدازول کلرید) است. این ماده در دماهای پایین حالت مایع خود را حفظ کرده و بهدلیل برهمکنشهای شیمیایی قوی، عملکردی منحصربهفرد در ساختار پروسکایت از خود نشان میدهد.
طبق یافتههای این پژوهش، مایع یونی MEM-MIM-Cl با تنظیم فرآیند رشد کریستالهای پروسکایت و ایجاد تعاملات همافزا، فصل مشترکهای مدفون را تثبیت کرده و از تخریب زودهنگام سلول جلوگیری میکند.
عملکرد محافظ مولکولی و بهبود کیفیت کریستال
این ماده مانند یک محافظ مولکولی هوشمند عمل میکند؛ به یونهای سرب با بار مثبت متصل میشود، شکافهای خالی ساختاری را پر کرده و نرخ رشد کریستال را کنترل میکند. نتیجه این فرآیند، شکلگیری دانههای بزرگتر، یکنواختتر و با نقصهای داخلی کمتر است.
علاوه بر این، MEM-MIM-Cl بهطور طبیعی به سمت فصل مشترک پایینی مهاجرت کرده و همانند یک درزگیر شیمیایی، از ایجاد نقصهای جدید در این ناحیه حساس جلوگیری میکند.
سازگاری با تولید صنعتی و چشمانداز آینده
یکی از مزیتهای کلیدی این فناوری، سازگاری کامل آن با فرآیندهای صنعتی نظیر روش پوشش تیغه (Blade Coating) است؛ روشی که برای تولید انبوه پنلهای خورشیدی بزرگمقیاس ایدهآل محسوب میشود.
پژوهشگران در حال بهینهسازی بیشتر طراحیهای مولکولی، استفاده از روشهای تصویربرداری پیشرفته برای درک دقیقتر تعاملات شیمیایی و همچنین ثبت اختراع و ایجاد همکاریهای صنعتی هستند. مجموعه این اقدامات، مسیر تجاریسازی جهانی سلولهای خورشیدی پروسکایت را بیش از هر زمان دیگری هموار میکند.