مواد پروسکایت عاری از سرب و دسته جدیدی از سلول‌های خورشیدی با ۷۹ درصد افزایش دانسیته جریان

مواد پروسکایت‌ بر پایه سرب مواد مناسبی برای سلول خورشیدی‌ با بازده بالا و قیمت پایین به شمار می‌آیند. از طرفی، پایداری پایین ذاتی و سمی بودن سرب (Pb) به نوعی نقطه ضعف این نوع از سلول‌های خورشیدی به شمار می‌آید. همچنین، این مشکلات اجازه تولید در مقیاس‌های بزرگ را نیز به این دسته از سلول‌های خورشیدی نمی‌دهد. برای بر طرف کردن این مشکل، دانشمندان سلول‌هایی خورشیدی بر پایه ساختار پروسکایت بدون سرب ساختند. این در حالی است که استفاده از این ترکیب بازده را در سلول‌های خورشیدی پروسکایتی پایین می‌آورد.

پروفسور Tea-Hyuk Kwon در دانشگاه ملی علم و صنعت در Ulsan در کره شمالی، توانسته است با بهره‌گیری از پروسکایت‌های بدون سرب قدم بزرگی در تولید نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی بردارد. در این نوع سلول، پروسکایت بدون سرب نقش مولد بار را در سلول‌های خورشیدی رنگ‌دانه‌ای ایفا می‌کند. نتیجه به کارگیری این ماده افزایش پایداری و بازده بوده‌است.

پروسکایت مورد استفاده در این تحقیق، Cs₂SnI₆ است. اگرچه این ماده چشم‌انداز خوبی را نشان داد‌ه است، اما هنوز عملکرد حالات سطحی (surface satates) آن مشخص نشده ‌است. از این سو، بررسی هرچه بیشتر ویژگی‌های Cs₂SnI₆ در طراحی سلول‌ها و ادوات حاوی آن در آینده ضروری به نظر می‌رسد.

در این تحقیق، مکانیسم انتقال بار درماده Cs₂SnI₆ به منظور فهم عملکرد حالت‌های سطحی انجام گرفت. به همین منظور، از یک سیستم سه الکترودی، مطابق شکل زیر، برای مشاهده انتقال بار در حالت‌های سطحی ماده Cs₂SnI₆ استفاده شد. همچنین، آنالیزهای ولتومتری چرخه‌ای و مات-شاتکی برای بررسی surface state ماده Cs2SnI₆، که پتانسیل آن به بندگپ وابسته است، استفاده شده است.

سیستم سه الکترودی برای مشاهده انتقال بار

آنالیزها نشان‌ دادند که حالت‌های سطحی Cs₂SnI₆ به شدت در اکسایش-کاهش فعال است و در حضور واسطه‌های اکسایش-کاهش یدیدی می‌تواند به طور موثری شارژ و دیسشارژ ‌شود. همچنین، آماده‌سازی یک سیستم مولد بار بر اساس Cs₂SnI₆، در واقع انتقال بار را در حالت‌های سطحی این ماده اثبات می‌کند.

Shin از دانشگاه ملی علم و صنعت در Ulsan ازعان داشت که در مورد ماده Cs₂SnI₆، انتقال بار در حالت‌های سطحی ماده اتفاق می‌افتد. او همچنین بیان کرد که این ماده دست‌آورد مهمی برای آینده ادوات الکترونیکی پروسکایتی بدون سرب به شمار می‌آید.

بر اساس این استراتژی، این تیم تحقیقاتی با استفاده از مولد بار بدون سرب Cs₂SnI₆، سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای (DSSC) را تولید کردند. همچنین، با استفاده از این ماده، دانسیته جریان تولیدی از سلول‌های رنگ‌دانه‌ای تا ۷۹ درصد بالاتر از حالتیست که از الکترولیت مایع استفاده می‌‌شود.

منبع: 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201803243