انقلاب در انرژی خورشیدی: سلول‌های آلی با راندمان دوبرابری!

با افزایش تلاش‌های جهانی برای مقابله با تغییرات اقلیمی، تقاضا برای منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر به طور فزاینده‌ای در حال افزایش است. اما پنل‌های خورشیدی متداول بر پایه سیلیکون حاوی مواد خطرناکی هستند که در پایان عمر آنها، مشکلات محیطی جدی ایجاد می‌کنند. همچنین فناوری‌های نوین مثل سلول‌های خورشیدی پروسکایتی نیز دارای ترکیبات سمی مانند فلزات سنگین هستند.

در مقابل، سلول‌های خورشیدی کاملا آلی (All-Organic Solar Cells) تنها از مواد کربنی تشکیل شده‌اند و فاقد فلزات سنگین هستند. این سلول‌ها می‌توانند مانند پلاستیک‌های معمولی به راحتی و به صورت ایمن سوزانده شوند و از این رو انتخابی پایدارتر برای آینده انرژی تمیز محسوب می‌شوند.

مشکل قبلی، راندمان پایین

به گزارش scitechdaily، اگرچه سلول‌های خورشیدی آلی از نظر زیست‌محیطی مزایای بسیاری دارند، اما راندمان تبدیل انرژی آنها تاکنون محدود بوده است، حدود ۴درصد، در حالی که سلول‌های سیلیکونی بیش از ۲۷درصد و سلول‌های پروسکایتی بالای ۲۶درصد راندمان دارند. بنابراین، افزایش راندمان این سلول‌ها یکی از اهداف اصلی محققان در سراسر جهان بوده است.

همچنین بخوانید: تاریخچه جذاب تبدیل حلزون و صدف به غذاهای اشرافی و لوکس

الکترود جدید و روش لایه‌بندی هوشمندانه

برای اولین بار، تیم تحقیقاتی به رهبری دکتر ماساهیرو ناکانو از دانشگاه کانازاوا، توانستند دو چالش اساسی در توسعه سلول‌های خورشیدی آلی را حل کنند:

الکترود شفاف آلی با هدایت بالا

استفاده از ماده رسانای پلیمری PSS: الکترود شفافPEDOT، بدون نیاز به اسید‌ها یا باز‌های قوی و بدون نیاز به حرارت بالا (>۱۵۰ درجه سانتی‌گراد). این الکترود در دمای ۸۰ درجه سانتی‌گراد ساخته می‌شود و مقاومت سطحی آن کمتر از ۷۰ اهم/مربع است که برای سلول‌های خورشیدی فیلمی مناسب است.

روش لایه‌بندی بدون آسیب به لایه‌های زیرین

در فرآیند‌های محلولی، محلول لایه بالایی می‌تواند لایه‌های پایینی را از بین ببرد. برای حل این مشکل، محققان از یک الکترود نانولوله کربنی استفاده کردند که به صورت جداگانه روی فیلم‌های حائل ساخته شده و سپس به دستگاه الحاق می‌شود. این روش از آسیب دیدن لایه‌های آلی جلوگیری می‌کند.

راندمان ۸٫۷ درصدی

با ترکیب این دو راه‌حل، تیم تحقیقاتی موفق شدند سلول‌های خورشیدی کاملاً آلی با راندمان ۸٫۷ درصد تولید کنند — بیش از دو برابر راندمان قبلی (۴٫۰ درصد).

این پیشرفت یک گام مهم در جهت استفاده عملی از سلول‌های خورشیدی آلی با راندمان بالا است و می‌تواند در آینده به یک جایگزین واقعی برای سلول‌های خورشیدی فعلی تبدیل شود.

کاربرد‌های آینده و اهداف پژوهشی

سلول‌های خورشیدی آلی می‌توانند در مکان‌های حساس از نظر زیست‌محیطی مانند زمین‌های کشاورزی و دستگاه‌های پوشیدنی (wearable devices) به کار روند. همچنین به دلیل وزن سبک و انعطاف‌پذیری آنها، نصب آنها در مکان‌هایی که استفاده از پنل‌های خورشیدی معمول غیرممکن است، امکان‌پذیر خواهد شد.

هدف بعدی تیم تحقیقاتی، بهبود بیشتر راندمان این سلول‌ها از طریق افزایش هدایت الکتریکی الکترود‌های آلی است.

منبع: آنا