تولید برق از نور محیط با سلول خورشیدی جدید :: افق میهن

سلول‌های خورشیدی کوچک برای چندین دهه به ماشین‌حساب‌ها نیرو می‌دهند، و فناوری مشابه ممکن است در آینده طیف وسیع‌تری از دستگاه‌های الکترونیکی را تنها با استفاده از نور داخل خانه تامین کند.

محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا یک ماده خورشیدی نازک را بهبود داده‌اند که می‌تواند نور داخلی را به طور موثرتری جذب کند و عملکرد خود را در طول زمان حفظ کند. این پیشرفت می تواند به ساخت دستگاه هایی کمک کند که به باتری های یکبار مصرف یا وصل شدن به پریز برق نیاز ندارند.

سلول های خورشیدی داخلی که به آنها “فتوولتائیک داخلی” نیز می گویند، نور لامپ ها و دیگر منابع نوری داخل ساختمان را به برق تبدیل می کنند. برخلاف پنل های خورشیدی که در فضای باز استفاده می شوند، این سلول ها نیازی به جذب طیف گسترده ای از طول موج های موجود در نور خورشید ندارند. در عوض، آنها باید طوری طراحی شوند که طیف بسیار ضعیف تر و باریک تری از نوری که معمولاً در داخل خانه تولید می شود را جذب کنند.

محققان بر روی پروسکایت متال هالید، یک ماده نیمه رسانا که می تواند به لایه های بسیار نازک جذب کننده نور تبدیل شود، تمرکز کردند. هدف آنها یافتن ترکیب شیمیایی مناسب و همچنین کاهش عیوب بود که می تواند عملکرد دستگاه را کاهش دهد و عمر مفید آن را کوتاه کند.

این گروه ابتدا مقدار برم و ید را در ساختار کریستالی پروسکایت تغییر دادند. تغییر این نسبت به آنها اجازه داد تا “شکاف نواری” مواد را کنترل کنند، که محدوده نوری را که ماده می تواند جذب کند، تعیین می کند.

دانشمندان با تغییر تدریجی درصد برم و ید، ۶ نوع مختلف از این ماده را ساختند و هر یک از این نمونه ها را بررسی کردند تا تعیین کنند که طول موج هایی که معمولاً در نور داخل خانه وجود دارد چقدر جذب می شوند. بهترین عملکرد مربوط به ماده با ۳۵ درصد برم بود.

این گروه همچنین فرآیند مورد استفاده برای ساخت لایه پروسکایت را بهبود بخشید. مواد اولیه معمولاً در مایع حل می‌شوند و روی سطحی قرار می‌گیرند و وقتی حلال خشک می‌شود، مواد به شکل کریستال در می‌آیند و به یک لایه جامد تبدیل می‌شوند.

برای اینکه سلول خورشیدی به درستی کار کند، این لایه باید یکنواخت، متراکم و تا حد زیادی عاری از ترک یا سایر نقص باشد. محققان در فرآیند تولید به جای کلروبنزن که بیشتر استفاده می شود، از دی از کلروبنزن استفاده کردند. این روش به کنترل فرآیند تبلور کمک کرد و لایه ای با کیفیت بالاتر و دانه های فشرده تر ایجاد کرد.

سپس محققان یک لایه محافظ از نمکی به نام فنیل اتیل آمونیوم برومید (PEABr) اضافه کردند. این لایه سطح پروسکایت را پوشانده و عیوب را کاهش داده و به محافظت از مواد در برابر آسیب های ناشی از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور قوی کمک می کند.

در طول ۲۴۰ ساعت آزمایش، دستگاه محافظت شده هیچ افت عملکردی را نشان نداد، حتی زمانی که در معرض شدت نور غیرمعمول زیاد قرار گرفت. بر اساس این نتیجه، محققان تخمین می زنند که این دستگاه می تواند برای هزاران ساعت پایدار بماند.

این دستگاه همچنین در سطوح نوری حدود ۱۰ تا ۵۰ برابر بیشتر از سطوح مورد نیاز استانداردهای آزمایشی اخیراً برای سلول های خورشیدی داخلی به کار خود ادامه داد. برخی از این سطوح نور معادل نیمی از شدت نور مستقیم خورشید بودند.

محققان بر این باورند که سلول‌های خورشیدی پروسکایت داخلی در نهایت می‌توانند ترموستات‌های هوشمند، کنترل‌های تلویزیون، حسگرها و دستگاه‌های پزشکی پوشیدنی را تامین کنند. این فناوری می‌تواند نیاز به تعویض باتری‌ها را کاهش دهد و استفاده از وسایل الکترونیکی کوچک را در مکان‌هایی که دسترسی خوبی به پریزهای برق ندارند، آسان‌تر کند.

نوریج گزارش داد، با این حال، این فناوری هنوز برای استفاده گسترده مصرف کنندگان آماده نیست. پروسکایت ها هنوز هم می توانند به سرعت در شرایط سخت تخریب شوند، بنابراین دانشمندان باید دوام خود را افزایش دهند و نحوه اندازه گیری عملکرد بلندمدت خود را بهبود بخشند.

نتایج این تحقیق در مجله APL Energy منتشر شده است.