سلول‌های خورشیدی پرووسکایتی جدیدی که توسط تیمی بین‌المللی توسعه یافته‌اند، شش برابر بهتر از بهترین نمونه‌های موجود، نور داخلی را به برق تبدیل می‌کنند و تا پنج سال بدون افت محسوس کار می‌کنند. این فناوری می‌تواند آینده‌ای بدون باتری‌های یک‌بارمصرف را رقم بزند.
نور خانه و محل کارتان فقط برای روشنایی نیست؛ می‌تواند برق مورد نیاز وسایل کوچک اطراف شما را هم تأمین کند! حالا گروهی از پژوهشگران با ساخت سلول‌های خورشیدی جدیدی که از نور محیط داخلی استفاده می‌کنند، موفق شده‌اند رکورد جهانی راندمان را بشکنند. این نوآوری می‌تواند به معنای خداحافظی با تعویض بی‌پایان باتری‌ها و کاهش هزینه‌ها و آلودگی محیط‌زیست باشد.
رکوردشکنی سلول‌های خورشیدی پرووسکایتی داخلی
از کنترل‌های بی‌سیم و کیبوردها گرفته تا حسگرها و هشداردهنده‌های دود، میلیاردها وسیله کوچک الکترونیکی در خانه‌ها و محل کار ما وجود دارند که تمام عمر خود را زیر نور محیط می‌گذرانند، ولی همچنان وابسته به باتری‌های یک‌بارمصرف هستند.
بنابر گزارش Interesting Engineering، به تازگی تیمی بین‌المللی به سرپرستی کالج دانشگاهی لندن (UCL) موفق شده سلول‌های خورشیدی داخلی بسازد که هم رکورد بازدهی را شکسته و هم طول عمر بالاتری نسبت به نمونه‌های موجود دارد؛ نوآوری‌ای که می‌تواند وابستگی به تعویض باتری را برای همیشه کاهش دهد.
نور داخلی، منبعی فراموش‌شده
نور محیط داخلی، با شدت‌هایی در حدود 200 تا 1000 لوکس، منبع انرژی بالقوه‌ای برای وسایل کم‌مصرف محسوب می‌شود. با این حال، بیشتر سلول‌های خورشیدی تجاری برای چنین شرایطی بهینه نیستند و راندمان کمی دارند.
پرووسکایت به دلیل هزینه ساخت پایین و امکان تنظیم جذب نور برای طول‌موج‌های خاص، گزینه جذابی برای این کاربرد است، اما مشکل اصلی آن وجود نقص‌های ریز موسوم به «تله‌های الکترونی» است که باعث افت عملکرد در گذر زمان می‌شود.
راهکار جدید دانشمندان آمده تا با مرتفع کردن این مشکل، راه را برای تولید برق از منابع نور داخلی نیز میسر کند.
راهکاری که «تله‌ها» را حذف کرد
پژوهشگران UCL با همکاری محققان چینی و سوئیسی، رویکردی سه‌مرحله‌ای برای رفع این مشکل ارائه داده‌اند. آنها با افزودن کلرید روبیدیوم به محلول پیش‌ساز تولید سلول خورشیدی، رشد یکنواخت‌تری در کریستال‌های پرووسکایت ایجاد کردند و تعداد تله‌های الکترونی را کاهش داده‌اند. در ادامه این مهندسان با استفاده از دو ترکیب آلی (یدید دی‌متیل‌اکتیل‌آمونیوم (DMOAI) و کلرید فنتیل‌آمونیوم (PEACl)) شبکه یونی ماده را پایدار کرده و از جدایش فازی که راندمان را کاهش می‌دهد، جلوگیری کردند.
به گفته دکتر مجتبی عبدی جالبی، دانشیار مؤسسه کشف مواد UCL، «تعویض میلیاردها باتری یک رویه ناپایدار است» و پرووسکایت علاوه بر بازده بالا، از مواد فراوان روی زمین ساخته می‌شود و می‌تواند با روش‌های چاپ ساده تولید شود.
راندمان و دوام فراتر از استاندارد
طبق آزمایش‌های انجام شده توسط این تیم، سلول‌های جدید توانسته‌اند 37.6 درصد از نور با شدت ۱۰۰۰ لوکس (تقریباً معادل روشنایی یک دفتر کاری) را به برق تبدیل کنند. این رقم حدود شش برابر بالاتر از بهترین فناوری‌های موجود برای نور داخلی است.
نکته جالب توجه این پژوهش این است که مانند تمثیل «سیمینگ هوانگ»، نویسنده اصلی مقاله، طرح ارائه شده می‌تواند پرووسکایت اصلاح‌نشده را مانند «یک کیک تکه‌تکه» که با این روش «دوباره یکپارچه شده و مسیر عبور بار الکتریکی در آن بهبود یافته است» تغییر ساختار دهد و این رازی است که به واسطه آن می‌توان از نور به ظاهر ضعیف محیط‌های داخلی هم برق تولید کرد.
تیم طراحی این پرژوه همچنین گزارش کرده‌اند که در آزمایش‌های طولانی‌مدت، سلول‌ها پس از ۱۰۰ روز استفاده، ۹۲ درصد از بازده اولیه خود را حفظ کردند، در حالی که نمونه‌های کنترل تنها به ۷۶ درصد رسیدند. حتی در شرایط سخت‌تر (۳۰۰ ساعت نور مداوم در دمای ۵۵ درجه سانتی‌گراد) سلول‌های اصلاح‌شده ۷۶ درصد عملکرد اولیه خود را (مقایسه کنید با ۴۷ درصد در نمونه‌های معمولی) حفظ کردند.
گامی به سوی حذف باتری‌های یک‌بارمصرف
برآوردها نشان می‌دهد که این سلول‌ها می‌توانند بیش از پنج سال بدون نیاز به تعویض باتری، وسایل کوچک الکترونیکی را در محیط داخلی تغذیه کنند. محققان اکنون در حال مذاکره با شرکای صنعتی برای مقیاس‌پذیری تولید و عرضه این فناوری به بازار هستند.
نتایج این دستاورد در نشریه Advanced Functional Materials منتشر شده و می‌تواند آغازگر نسل تازه‌ای از سلول‌های خورشیدی داخلی باشد که جایگزین منابع انرژی یک‌بارمصرف در وسایل کوچک می‌شوند.
source