تینا مزدکی_مجموعه‌ای از دستگاه‌های شخصی و خانگی ممکن است در آینده بدون نیاز به باتری فعالیت کنند؛ آن هم پس از توسعه فناوری پیشگامانه‌ای در حوزه انرژی خورشیدی. این سلول‌های خورشیدی جدید قادرند انرژی را از نور داخل خانه جذب کنند. پژوهشگران اعلام کرده‌اند که این کشف کاربردهای گسترده‌ای دارد و می‌تواند امکان استفاده از نور محیط داخل خانه برای تأمین انرژی وسایلی مانند کیبوردها، آلارم‌ها و حسگرها را فراهم کند.
این پژوهش، بر پایه استفاده از ماده «پروسکایت» در سلول‌های خورشیدی است. پروسکایت پیش‌تر نیز در برخی سلول‌های خورشیدی به کار گرفته شده و مزایای متمایزی نسبت به پنل‌های سیلیکونی سنتی دارد. به‌ویژه اینکه پروسکایت در جذب نور کم‌قدرت و محیطی، کارایی بالاتری نسبت به روش‌های مرسوم نشان می‌دهد و همین امر آن را برای استفاده در محیط‌های داخلی مناسب می‌سازد. بر اساس یافته‌های این پژوهش، سلول‌های پروسکایتی جدید شش برابر کارآمدتر از سلول‌های سیلیکونی عمل می‌کنند.
به گفته مجتبی عبدی جالبی، دانشیار مؤسسه کشف مواد در دانشگاه کالج لندن و یکی از نویسندگان این پژوهش، در بلندمدت سلول‌های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت می‌توانند جایگزینی پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر برای باتری‌ها باشند. او اینطور توضیح داد: «میلیاردها دستگاه که تنها به مقدار اندکی انرژی نیاز دارند، وابسته به تعویض باتری هستند، این رویه پایدار نیست و تعداد آنها نیز با گسترش اینترنت اشیاء افزایش بیشتری خواهد یافت. در حال حاضر سلول‌های خورشیدی که انرژی نور داخل خانه را جذب می‌کنند، گران و ناکارآمدند. سلول‌های پروسکایتی ویژه ما می‌توانند انرژی بیشتری نسبت به سلول‌های تجاری برداشت کنند و از دوام بالاتری برخوردارند. این دستاورد مسیر را برای توسعه وسایل‌های الکترونیکی باز می‌کند که با نوری که در زندگی روزانه‌مان وجود دارد کار می‌کنند.»
چالش‌های ترکیب پروسکایت
پروسکایت در حال حاضر به‌عنوان ماده‌ای محبوب در ساخت پنل‌های خورشیدی شناخته می‌شود و مزایای چشمگیری نسبت به سیلیکون دارد. با این حال، این ماده در زمینه پایداری و دوام محدودیت‌هایی دارد. عامل کلیدی در این موضوع به «تله‌ها» برمی‌گردد؛ نقص‌های بسیار ریز در ساختار بلوری پروسکایت که باعث می‌شود الکترون‌ها در آنها گیر بیفتند و مانع از بهره‌برداری کامل از انرژی شوند. افزون بر این، تله‌ها جریان الکتریسیته را مختل کرده و در نتیجه موجب تسریع فرسودگی ماده در طول زمان می‌شوند.
برای مقابله با این مشکل، تیم پژوهشی در این مطالعه از ترکیبی از مواد شیمیایی استفاده کرد تا حجم این نقص‌ها کاهش یابد. این کار شامل به‌کارگیری «روبیدیوم کلرید» بود که رشد یکنواخت‌تر بلورهای پروسکایت را تقویت کرده و تراکم تله‌ها را کاهش می‌داد. همچنین دو ماده دیگر به نام‌های N,N-dimethyloctylammonium iodide (DMOAI) و phenethylammonium chloride (PEACl) که هر دو از نمک‌های آلی آمونیوم هستند، برای تثبیت دو نوع یون (یدید و برومید) و جلوگیری از جدایش آنها به کار گرفته شدند. این اقدام به بهبود عملکرد بلندمدت سلول کمک کرد.
سیمینگ هوانگ، نویسنده اصلی پژوهش و دانشجوی دکتری مؤسسه کشف مواد دانشگاه کالج لندن،گفت: «سلول خورشیدی که دارای این نقص‌های ریز باشد، مانند کیکی است که به تکه‌های کوچک بریده شده باشد. ما با ترکیبی از راهکارها این کیک را دوباره کنار هم گذاشتیم و اجازه دادیم بار الکتریکی راحت‌تر از آن عبور کند.»
مزایای عملکردی چشمگیر
پس از رفع مشکل تله‌ها، پژوهشگران دریافتند که سلول‌های جدید آنها توانستند ۳۷.۶ درصد از نور داخل خانه را به برق تبدیل کنند. این آزمایش در سطح ۱۰۰۰ لوکس، معادل روشنایی یک دفتر کار پرنور انجام شد. علاوه بر این، در این پژوهش مشخص شد که دوام بلندمدت این سلول‌ها به‌طور قابل‌توجهی بهبود یافته است؛ به‌گونه‌ای که پس از ۱۰۰ روز، ۹۲ درصد از کارایی اولیه خود را حفظ کردند. این در حالی است که در دستگاه کنترل و جایی که نقص‌های پروسکایت برطرف نشده بود، تنها ۷۶ درصد از عملکرد اولیه باقی ماند.
عبدی جالبی در ادامه تأکید کرد که تیم او در حال گفت‌وگو با ذی‌نفعان صنعتی برای بررسی راهبردهای مقیاس‌پذیری و تجاری‌سازی این سلول‌های خورشیدی است. او در این باره گفت: «مزیت سلول‌های خورشیدی پروسکایتی این است که کم‌هزینه‌اند؛ آنها از موادی ساخته می‌شوند که به‌وفور در زمین یافت می‌شوند و تنها به پردازش ساده‌ای نیاز دارند. این سلول‌ها حتی می‌توانند مشابه یک روزنامه چاپ شوند.»
منبع: livescience
۲۲۷۳۲۳