خب بذارین واستون از یه تحقیق خیلی جالب و جدید بگم که تیمی از پژوهشگرای مؤسسه فناوری مواد نینگبو تو چین انجام دادن. اینا اومدن یه روش تصویربرداری سهبعدی اختراع کردن که میشه باهاش جوری حرکت بارهای الکتریکی توی فیلمهای نازک سلولهای خورشیدی پرووسکایت رو دید که انگار داری دنیای میکروسکوپی داخلش رو نگاه میکنی!
حالا ماجرا اینه که سلولهای خورشیدی پرووسکایتی (اگه نمیدونی پرووسکایت چیه، یه نوع ماده جدیده که توی سلولهای خورشیدی استفاده میشه و هم ارزونه هم کارایی خیلی خیلی خوبی داره) قرار بود بیان جای سلولهای خورشیدی سیلیکونی قدیمی رو بگیرن. اما یه مشکل مهم داشتن: داخل این فیلمها یه سری عیب و ایراد ریز قایم شده که مثل ترافیک توی جاده باعث میشه انتقال بارها به دردسر بیفته و کلی انرژی تلف شه. همین عیوب باعث میشن بازده و عمر مفید سلول پایین بیاد، با این که توی آزمایشگاه نتیجهها خیلی خوبه!
پژوهشگرا معمولاً سعی میکنن با چی؟ با استفاده از “passivation treatments” (یعنی سطوح یا موادی که به شکافها و ایرادات داخلی میچسبن و خرابیش رو میگیرن) این مشکلات رو کمتر کنن. مثلاً با اضافه کردن نمکها یا مولکولهای آلی خاص. اما مشکل اینجاست که خب تا حالا ابزار درستدرمونی نداشتن که واقعا ببینن این فرآیند چقدر جواب داده—چون اکثر ابزارا فقط سطح ماده رو نشون میدادن یا یه میانگین کلی از کل لایه.
حالا این تیم با یه تکنیک جالب به اسم TC-AFM اومدن قضیه رو حل کنن. TC-AFM یعنی Tomographic Conductive Atomic Force Microscopy که حسابی خفن و پیشرفتهست! توضیح سادهش: با این روش، نازکترین لایههای بالا رو خیلی آروم، یکی یکی برمیدارن و برای هر عمق، میزان هدایت الکتریکی همون نقطه رو اندازه میگیرن. آخرش این اطلاعات لایهلایه رو کنار هم میذارن و میشه یه نقشه سهبعدی دقیق ساخت که نشون میده بار (یا همون برق) توی عمقهای مختلف فیلم دقیقا از کجاها رد میشه و کجاها گیر میافته. این یعنی بالاخره میتونن بفهمن داخل فیلم دقیقاً چه خبره!
وقتی اومدن فیلمهای پرووسکایتی رو مقایسه کنن، دیدن اونایی که هیچکاری روشون نشده بود، کلی منطقه با هدایت ضعیف داشتن—مخصوصا اون وسطمسطها که دونهدونه مواد به هم متصل میشن (بهش میگن Grain Boundary، یعنی مرز دانههایی که ماده رو ساختن). یعنی عملا برق نمیتونست راحت از اون نقاط رد شه و گره میخورد.
اما وقتی تیم از “Bulk Passivation” استفاده کرد (یعنی کل حجم فیلم رو با مواد مخصوص پوشوندن، نه فقط سطحش)، دیدن این نواحی مشکلدار خیلی کمتر شد و داخل فیلم بهتر برق میتونست حرکت کنه. از اون طرف، “Surface Passivation” (این یکی یعنی فقط لایه رویی فیلم رو با مواد محافظ تقویت کردن) باعث شد هدایت برق توی سطح بالا بره که واسه تماس با الکترود و بقیه دستگاه اهمیت خاصی داره. ولی بهترین نتیجه وقتی بود که هر دو مدل Passivation با هم انجام شده بودن: فیلمی ساختن که تقریبا همه جا چه از رو چه تو خیلی خوب برق منتقل میکرد، فقط بخش خیلی کوچیک نزدیک سطح یه مقدار مشکل داشت. این یعنی شبکه عبور برق داخل فیلم یکدست و قوی شده!
پروفسور شیائو چوآنشیائو (یکی از نویسندههای اصلی این مقاله) گفته که ویژگیهای الکتریکی ریز و درشت این فیلمها دقیقاً تعیین میکنن عملکرد نهایی سلول خورشیدی چجوری در میاد. خلاصه یعنی این روش میتونه دقیقاً نشون بده چرا یه سلول بازدهش بالاست یا از کار میافته.
حالا خارج از بحث فقط سلول خورشیدی پرووسکایت، این روش سهبعدی یه ابزار خیلی کارآمد برای انواع دستگاههای الکترونیکی لایه نازک (Thin-film electronics یعنی انواع مصنوعات برقی که با یه لایههای فوقنازک ساخته میشن) هم میشه. چون بدون اینکه مجبور شن فقط سطح رو نگاه کنن، میتونن بفهمن جریان برق تو کل ماده چطوری داره حرکت میکنه و کجای کار ایراد داره، پس طراحی و عمر این دستگاهها هم بهتر و قابل پیشبینیتر میشه.
از همه مهمتر، به کمک این دادهها دیگه مهندسا مجبور نیستن حدس بزنن Passivation کجاها اثر کرده یا نکرده؛ میتونن به طور کاملاً تصویری و علمی متریال رو بهینه کنن و حتی راه رو برای تجاریسازی سریعتر تکنولوژیهای پرووسکایت باز کنن. این یعنی شاید بهزودی این سلولای خفن رو روی بام خونه یا حتی تو گجتهای روزمرهمون ببینیم.
در کل، اون طور که توی نشریه Newton گزارش شده، این پیشرفت میتونه توی زمینه اپتوالکترونیک (یعنی وسایلی که با نور و برق با هم کار میکنن) و کلی وسیله با لایههای نازک هم تاثیر بزاره. تازه راه رو واسه بررسی بهتر پایداری و کارایی این سیستمها بازتر میکنه. خلاصه که یه اتفاق مهم و هیجانانگیز توی دنیای انرژی خورشیدی و فناوریهای مربوطشه!
منبع: +
