تولید سلول های خورشیدی ارزان قیمت توسط مهندسین ایرانی

انرژی خورشید برکتی خدادادی است که اهمیت استفاده از آن هر روز بیش از پیش خودنمایی می کند. این انرژی منبعی تمام نشدنی است، تمیز است و می تواند جایگزینی برای سوخت های فسیلی باشد که دوران پادشاهی آن ها در حال افول است! به همین دلیل استفاده بهینه تر از این انرژی محققین و دولت ها را به تکاپو واداشته و تلاش ها در جهت رسیدن به راندمان بیشتر، ادامه پیدا می کند.

در همین راستا یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه زنجان برای تولید پنل خورشیدی ارزان قیمت پروسکایتی دست به کار شده و موفق به ابداع یک ترکیب ارزان قیمت شده که جایگزین یکی از معروفترین انتقال دهنده‌های حفره با نام اختصاری spiro-OMeTAD در این لایه می شود. این کار باعث می شود که قیمت تمام شده برای این بخش حدود 90% کاهش یابد! این کار تنها با دستکاری در سطح مولکولی مواد امکان پذیر است.

سلول های خورشیدی پروسکایتی، جدیدترین نسل سلول های خورشیدی

سلول‌های خورشیدی پروسکایتی به عنوان جدید‌ترین نسل سلول‌های خورشیدی به دلیل رشد خیره کننده در بازده تبدیل نور خورشید به الکتریسیته، توجه بسیاری از محققان در حوزه‌های مختلف علوم به خصوص مهندسی مواد را به خود جلب کرده اند. در واقع، بازده سلول خورشیدی پروسکایتی از حدود سه و نیم درصد در سال ۲۰۰۹، به حدود بیست و پنج درصد تا سال ۲۰۲۰ افزایش پیدا کرده است!

در این میان، دو چالش اساسی در مقابل این دسته از سلول‌های خورشیدی قرار دارد: ضعف اول مربوط به سمیت و اثرات زیست محیطی استفاده از یون‌های سرب در قلب سلول‌های خورشیدی پروسکایتی است که تلاش‌های فراوانی به منظور جایگزینی یا بهینه سازی آن صورت گرفته است. زمینه دوم تحقیقات، تولید سلول های خورشیدی ارزان قیمت از هر نوع، مخصوصا سلول‌های خورشیدی پروسکایتی است.

در این راستا، تحقیقات گسترده‌ای به منظور کاهش قیمت یا جایگزینی گران قیمت‌ترین جز تشکیل دهنده یک سلول خورشیدی پروسکایتی که انتقال دهنده حفره نام دارد، صورت گرفته است. در این تحقیق به منظور کاهش قیمت لایه انتقال دهنده حفره، یک ترکیب جدید آلی ارزان قیمت جایگزین یکی از معروفترین انتقال دهنده‌های حفره با نام اختصاری spiro-OMeTAD شده است. بدین ترتیب می توانیم شاهد کاهش چشمگیر قیمت تمام شده این سلول ها باشیم.

شکل زیر به طور خیلی ساده اجزای یک سلول خورشیدی را نشان می دهد.

در این تحقیق یک انتقال دهنده حفره آلی جدید بر پایه تری فنیل آمین بدون استفاده از کاتالیست گران قیمت پالادیم و در حضور کاتالیست ارزان قیمت مس یدید سنتز و مورد شناسایی قرار گرفته است.

مراحل سنتز کمتر، عدم نیاز به خالص سازی‌های پیچیده و استفاده از مواد واکنش دهنده ارزان قیمت سبب کاهش قیمت به حدود بیست و دو دلار برای یک گرم از این ماده شده است، در حالی که قیمت تمام شده برای یک گرم از ماده مرجع spiro-OMeTAD به بیش از دویست دلار می رسید.

داده‌های فتوولتائیک این ترکیب هم قابل مقایسه با ترکیب مرجع spiro-OMeTAD بوده و اتفاقا نتایج مطلوب‌تری در غیاب مواد افزودنی نسبت به ترکیب مرجع از خود نشان داده است.

نتیجه تحقیقات این گروه پژوهشی در مقاله ای در ژورنال Chemical Science از انتشارات Royal Society of Chemistry با ضریب تاثیر 9/55 به چاپ رسیده است. این مقاله نتیجه تحقیقات دکتر بابک پاشایی محقق پسادکتری دانشگاه زنجان بوده که تحت راهنمایی دکتر هاشم شهروسوند عضو هیئت علمی این دانشگاه صورت پذیرفته است. در این تحقیق، همچنین پروفسور فرانچسکو بوناکورسو و دکتر بلانی از موسسه آی آی تی ایتالیا در زمینه مشخصه یابی و آنالیز‌های سلول‌های خورشیدی مشارکت داشته اند.

منبع

باشگاه خبرنگاران جوان