کرمان رصد - ایسنا / سلولهای خورشیدی کوچک، دههها انرژی ماشینحسابها را تامین کردند و فناوری مشابه آنها ممکن است در آینده طیف بسیار گستردهتری از وسایل الکترونیکی را فقط با استفاده از نور موجود در محیطهای داخلی به کار بیندازد.
پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، ماده خورشیدی نازکی را بهبود بخشیدند تا بتواند نور محیط داخلی را با کارایی بیشتری جذب و عملکرد خود را در طول زمان حفظ کند. این پیشرفت میتواند به ساخت وسایلی کمک کند که به باتریهای یکبارمصرف یا اتصال به پریز برق نیاز نداشته باشند.
سلولهای خورشیدی داخلی که «فتوولتائیک داخلی» نیز نامیده میشوند، نور لامپها و دیگر منابع نوری داخل ساختمان را به برق تبدیل میکنند. برخلاف صفحات خورشیدی مورد استفاده در فضای باز، این سلولها نیازی ندارند طیف گستردهای از طول موجهای موجود در نور خورشید را جذب کنند. در عوض، باید برای جذب دامنه بسیار ضعیفتر و محدودتر نوری که معمولا در محیطهای داخلی تولید میشود، طراحی شوند.
پژوهشگران بر «پروسکایت هالید فلزی» تمرکز کردند، مادهای نیمهرسانا که میتوان آن را به لایههای بسیار نازک جاذب نور تبدیل کرد. هدف آنان یافتن ترکیب شیمیایی مناسب و همچنین کاهش نقصهایی بود که میتوانند عملکرد دستگاه را کاهش دهند و عمر مفید آن را کوتاه کنند.
این گروه ابتدا میزان بروم و ید را در ساختار بلوری پروسکایت تغییر داد. تغییر این نسبت به آنان امکان داد «گاف نواری» ماده را کنترل کنند، «گاف نواری»، محدوده نوری را که ماده میتواند جذب کند، تعیین میکند.
دانشمندان با تغییر تدریجی درصد بروم و ید، ۶ نوع مختلف از این ماده را ایجاد کردند و هر یک از این نمونهها را بررسی کردند تا مشخص شود چه اندازه طول موجهایی را که معمولا در نور محیط داخلی وجود دارند، جذب میکنند. بهترین عملکرد مربوط به مادهای بود که ۳۵ درصد بروم داشت.
این گروه همچنین فرایند مورد استفاده برای ساخت لایه پروسکایتی را بهبود بخشید. مواد اولیه معمولا در یک مایع حل و روی یک سطح قرار داده میشوند و با خشک شدن حلال، ماده بلور تشکیل میدهد و به یک لایه جامد تبدیل میشود.
برای اینکه سلول خورشیدی عملکرد مناسبی داشته باشد، این لایه باید یکنواخت، متراکم و تا حد زیادی عاری از شکاف یا نقصهای دیگر باشد. پژوهشگران در فرایند تولید، به جای کلروبنزن که بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد، از دیکلروبنزن استفاده کردند. این روش به کنترل فرایند بلوری شدن کمک و لایهای با کیفیت بالاتر و دانههایی فشردهتر ایجاد کرد.
پژوهشگران سپس یک لایه محافظ از نمکی به نام «فنیلاتیلآمونیوم برومید» (PEABr) اضافه کردند. این لایه سطح پروسکایت را پوشاند، نقصها را کاهش داد و به محافظت از ماده در برابر آسیب ناشی از قرار گرفتن طولانیمدت در معرض نور شدید کمک کرد.
در طول ۲۴۰ ساعت آزمایش، دستگاه محافظتشده هیچ کاهش عملکردی نشان نداد، حتی زمانی که در معرض نوری با شدت غیرمعمول بالا قرار گرفت. پژوهشگران بر اساس این نتیجه برآورد میکنند که این دستگاه میتواند هزاران ساعت پایدار بماند.
این دستگاه همچنین در سطوح نوری حدود ۱۰ تا ۵۰ برابر بیشتر از سطوح مورد نیاز در استانداردهای آزمایشی پیشنهادی اخیر برای سلولهای خورشیدی داخلی، همچنان به کار خود ادامه داد. برخی از این سطوح نوری معادل نیمی از شدت نور مستقیم خورشید بود.
پژوهشگران معتقدند سلولهای خورشیدی پروسکایتی داخلی در نهایت میتوانند انرژی ترموستاتهای هوشمند، کنترلهای تلویزیون، حسگرها و تجهیزات پزشکی پوشیدنی را تامین کنند. این فناوری میتواند نیاز به تعویض باتریها را کاهش دهد و استفاده از وسایل الکترونیکی کوچک را در مکانهایی که دسترسی مناسبی به پریز برق ندارند، آسانتر کند.
سایت نوریج گزارش کرد، با این حال، این فناوری هنوز برای استفاده گسترده مصرفکنندگان آماده نیست. پروسکایتها همچنان میتوانند در شرایط سخت بهسرعت تخریب شوند بنابراین دانشمندان باید دوام آنها را افزایش دهند و روش اندازهگیری عملکرد بلندمدت آنها را نیز بهبود ببخشند.
نتایج این پژوهش در نشریه APL Energy منتشر شده است.