سلول خورشیدی پروسکایت
سلولهای خورشیدی با بازده بالا، امروزه کاربردهای بسیاری در فضاپیماها یا ماهوارهها دارند، اما این سلولها به دلیل ساختار بسیار پیجیده و مواد اولیه بسیار گران در کاربردهای عادی بسیار کم مورد استفاده قرار میگیرند. میتوان بازده را در برابر استفاده از مواد ارزانتر و ساختاری سادهتر طی فرایند ساخت نادیده گرفت تا قیمت نهایی تولید انرژی کاهش پیدا کند. سلولهای خورشیدی بر پایهپروسکایت ها (گروهی از بلورهای معمول با ساختاری مشخص) جهت ساخت چنین سلولهای ارزان و مفیدی به دو دلیل بسیار مناسب به نظر میرسند.
مولفه پروسکایت عنوانی است که برای توصیف ساختار بلوری معدنی به کار میرود که در نوع معدنی اکسید تیتانیوم کلسیم که خود از کلسیم تیتانات ساخته شده، یافت میشود.
اولین نمونه از ماده پروسکایت در کوههای اورال روسیه مرکزی در سال ۱۸۳۹ کشف شد. این سنگ بلورین، عمدتا از تیتانات کلسیم تشکیل شده، اما هیچ کس در آن زمان به خواص ویژه آن آگاه نبود.بعدها معلوم شد این سنگ خاصیت جذب نور دارد و میتواند به عنوان یک نیمه هادی عمل کند. برای اولین بار، در سال ۲۰۰۹، محققان آن را در سلولهای خورشیدی آزمایش کردند.
پروسکایت ماده هیبریدی آلی و غیر آلی است که کربن و سرب را ترکیب میکند. از آن جایی که پروسکایت پنج سال پیش به عنوان یک ماده سلول خورشیدی مورد استفاده قرار گرفت، بهبودهای صورت گرفته افزایش بازده تبدیل نیروی آن به نزدیک ۲۰ درصد را موجب شده اند.
ماده پروسکایت نیز ابتدا در قالب یک جوهر مایع شکل میگیرد و دانشمندان پویایی آن را طی فرآیند رشد که در هوایی با دمای پایین صورت میگیرد به دقت کنترل میکنند. این مساله تولید ارزان دستگاههای پروسکایت با سطوح عملکرد بالا را موجب میشود.
پنلهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون حداقل ۱۸۰ میکرومتر ضخامت دارد، اما پنلهای ساخته شده از پروسکایت کمتر از یک میکرومتر ضخامت دارند و میتوانند همان مقدار انرژی را از نور خورشید تولید کنند. گراتزل محقق مشهور در زمینه انرژی خورشیدی با این ماده فوق العاده نازک در سالهای اخیر مشغول به کار شده و توانسته است یک نمونه اولیه با بازده ۱۵٪ بسازد. او انتظار دارد با تنظیمهای دقیقتر به بازده ۲۰-۲۵ ٪ نیز برسد.
مزایا و معایب:
- تولید آن ارزان بوده و زمانی که به عنوان افشانه به کار میرود، اتلاف اندکی دارد چنین موضوعی همراه با این واقعیت که افشانه را میتوان به آسانی به تولید انبوه رساند، به معنای پایین بودن هزینه تولید و در نتیجه بهای کمتر آن برای مشتریان است.
- پروسکایت یک کلاس مخصوص از مواد است که نظر محققین را در سه سال اخیر به دلیل بازدهی بالاتر و روش تولید آسانتر جلب کرده است. اعضای این گروه اعلام کردند این روش بسیار ارزان و ساده برای تولید انبوه است.
- نقطه ضعف صفحات پروسکات استفاده از سرب در ساختار آنها است در صورتی که شرکتها بخواهند وارد تولید عمده این صفحات بشوند باید پروسهای در دمای بالا انجام دهند که باعث ایجاد ذرات معلق سرب و همچنین بخار سمی آن میشود که برای سلامتی بسیار مضر است. هرچند جدیدا چند آزمایشگاه خبر از موفقیت استفاده از قلع به جای سرب داده اند.
- تولید پروسکایت بسیار کم هزینه است و مادهای بسیار نازک یک هزارم ضخامت سلول خورشیدی سیلیکونی عادی محسوب میشود. انعطاف پذیری پروسکایت بالا بوده و به عنوان مثال میتوان آن را از دیوار آویزان کرد و یا در ساخت یک مزرعه خورشیدی به کار گرفت.
- از آن جایی که پروسکایت فعلا در مواجه با هوا ناپایدار است و با گذشت زمان شرایط بدتری مییابد، پژوهشگران روی پایداری بلند مدت به منظور با ثبات کردن آن کار میکنند.
استفاده از تکنولوژی خورشیدی پروسکایت بسیار ارزان است، در واقع این ماده در سراسر جهان و درانواع شرایط زمین شناسی یافت میشود و به دلیل خواص نیمه هادی درونش، یک روند ساده برای فرآوری به فیلمهای نازک دارد.
