خب بچه‌ها بیاین با هم یه خبر خیلی جالب در دنیای سلول‌های خورشیدی رو مرور کنیم! اخیراً شرکت چینی Longi که تو صنعت پنل خورشیدی کلی معروفه، یه سلول خورشیدی دو‌لایه‌ی جدید معرفی کرده که اسمش هست «سلول پرواسکایت-سیلیکون» (پرواسکایت یعنی یه جور ماده کریستالی جدید که تو چند سال اخیر خیلی سر و صدا کرده و کارش بهتر کردن راندمان سلول‌های خورشیدیه). این سلول به بازده خارق‌العاده‌ی ۳۴.۵۸ درصد رسیده! یعنی تقریباً نزدیک بالاترین رکورد جهانی می‌چرخه.
حالا Longi چیکار کرده؟ تیم تحقیقاتی این شرکت اومدن یه لایه خاص و خلاقانه به اسم HTL201 درست کردن که از نوع Self-assembled monolayer (SAM) هست (یعنی یه لایه خیلی نازک از مولکول‌ها که خودشون منظم کنار هم می‌شینن، شبیه کنار هم چیدن موزاییک ولی در ابعاد کوچیک‌تر از مو!). این SAM یه مدل نامتقارنه و به جای اینکه مثل بقیه لایه‌ها متقارن باشه، طراحی ویژه‌ای داره که باعث میشه بهتر سرتاسر سطح سیلیکونی بچسبه و انرژی بین دو لایه خیلی بهتر رد و بدل شه.
از لحاظ فنی، SAMها به عنوان لایه انتقال‌دهنده‌ی حفره استفاده می‌شن (حفره‌ها تو فیزیک نیمه‌هادی یعنی جاهایی که الکترون نیست و باید پرشن، عملاً شبیه یه جور بار مثبت عمل می‌کنن). متاسفانه کنترل ضخامت و جهت این SAMها همیشه یه غول بوده، اما تیم Longi تونستن با طراحی نامتقارن HTL201 این دردسر رو تا حد زیادی حل کنن.
نتیجه‌اش چیه؟ سلولی که ساختن، تو آزمایشات دقیق با نور خورشید معمولی (آزمایش استاندارد سلول‌هاست)، به راندمان ۳۴.۵۸ درصد رسیده! ولتاژ مدار بازش هم ۲.۰۰۱ ولت بوده، جریان اتصال کوتاهش ۲۰.۶۴ mA/cm² و fill factorش هم ۸۳.۷۹ درصد شده! (Fill factor یعنی نسبت واقعی خروجی سلول به حالت ایده‌آل مقدار جریان و ولتاژش.)
یه نکته‌ی فنی باحال اینکه این طراحی جدید، اختلاف شبه-فرمی لایه پرواسکایت رو هم افزایش داده (quasi-Fermi level splitting یا QFLS یعنی یه شاخص تخصصی که نشون میده سلول چقدر خوب انرژی رو ته‌نشین می‌کنه و جلوی هدررفت رو می‌گیره. هرچی بیشتر بشه، پتانسیل ولتاژ بالاتر میره!). همین قضیه باعث شده بتونن تقریباً به افتخار ولتاژ ۲ ولت تو ساختار پرواسکایت-سیلیکون برسن و بازده سلول رو اینقدر بالا بکشن.
در ترکیب این سلول جدید، توی قسمت بالایی (لایه پرواسکایت) از یه کنتاکت نقره، لایه‌های لیتیوم فلوراید، اتیلندای‌آمونیم دی‌آیوداید (یه ماده کمکی برای پایدار کردن لایه‌ها)، C60 یا همون باک‌مینسترفولرن (که یه جور مولکول کربنه شبیه توپ فوتباله!) و چند ماده دیگه استفاده کردن. لایه پایینی هم یه سلول سیلیکونی از نوع هتروجانکشنه (Heterojunction یعنی ترکیب دو نوع نیمه‌هادی مختلف کناره هم که باعث افزایش راندمان شارژ و دشارژ میشه)، که سطحش هم دوطرفه بافت‌دار شده واسه جذب بهتر نور.
جالب اینجاست که Longi دقیق نگفته این سلول پایینی همون مدل جدیدشه که چند وقت پیش با بازده ۲۷.۳٪ معرفی کرده یا یه چیز دیگه‌ست، ولی معلومه کلی نوآوری تو کار کردن.
بد نیست بدونین که رکورد فعلی دنیا برای سلول‌های دوناقه‌ای پرواسکایت-سیلیکون هم دست خودشونه! ۳۴.۸۵٪ و این رکورد رو هم پارسال شکسته بودن. این سلول تقریباً هم‌رده‌ی همون رکورد قبلیه و نشون‌دهنده اینه که هنوز جا برای پیشرفت هست.
کل این پروژه رو Longi با کمک دانشگاه Soochow چین جمع کردن و تحقیقاتشون هم تو مجله معتبر Nature چاپ شده (مجله Nature یعنی یکی از بهترین ژورنال‌های علمی جهان که فقط کارای خیلی خفن اونجا چاپ میشه!).
خلاصه، این کار نه تنها تکنولوژی جدیدی رو وارد میدان کرده، بلکه کلی راه برای بهتر کردن ترکیب صنعت، دانشگاه و بازار انرژی خورشیدی در چین باز کرده. خودشون هم گفتن که با این هماهنگی‌ها دارن شبکه کامل و یکپارچه‌ای برای توسعه این سلول‌های دو‌نقه در چین راه می‌ندازن—یعنی از تحقیق گرفته تا تولید و استفاده عملی، همه رو یه‌جا جمع می‌کنن تا پایدار و قدرتمند برن جلو.
در مجموع میشه گفت سلول خورشیدی پرواسکایت-سیلیکون Longi داره خیلی جدی رکوردهای دنیا رو تهدید می‌کنه و شاید بزودی برسیم به پنل‌هایی که روی پشت‌بومامون، انرژی خورشید رو با نرخ‌هایی واقعا فوق‌العاده به برق تبدیل کنن!
منبع: +
