مواد و ساخت پیشرفته

محققان توانستند فناوری توسعه‌یافته در سلول‌های خورشیدی نقاط‌کوانتومی با بازده چشمگیر ۱۸.۱ درصد را به دست آوردند. یک پیشرفت تحقیقاتی پیشگامانه در انرژی خورشیدی باعث توسعه کارآمدترین سلول خورشیدی نقطه کوانتومی (QD) جهان شده است که جهشی قابل توجه به سمت تجاری‌سازی سلول‌های خورشیدی نسل بعدی است.

این راه حل و دستگاه پیشرفته QD عملکرد فوق‌العاده‌ای از خود نشان داده و کارایی‌اش را حتی پس از ذخیره‌سازی طولانی مدت حفظ می‌کند. تیمی از محققان به سرپرستی پروفسور سونگ یون جانگ از دانشکده انرژی و مهندسی شیمی در یونیست در اولسان جمهوری کره، از یک تکنیک جدید تبادل لیگاند رونمایی کردند. این رویکرد نوآورانه سنتز نقاط کوانتومی پروسکایتی مبتنی بر کاتیون‌های آلی (PQD) را امکان‌پذیر می‌سازد و ثبات منحصر به فردی را تضمین می‌کند و در عین حال نقص‌های داخلی در لایه فوتواکتیو سلول‌های خورشیدی را سرکوب می‌کند.

پروفسور جانگ اظهار داشت: فناوری توسعه‌یافته ما در سلول‌های خورشیدی نقاط‌کوانتومی بازده چشمگیر 18.1 درصد به دست آورده است. این دستاورد قابل‌توجه نشان‌دهنده بالاترین بازده در میان سلول‌های خورشیدی نقطه کوانتومی است که توسط آزمایشگاه معتبر ملی انرژی های تجدیدپذیر در ایالات متحده به رسمیت شناخته شده است. علاقه روزافزون به حوزه‌های مرتبط مشهود است زیرا سال گذشته سه دانشمند که QDها را به‌عنوان محصولات فناوری نانو پیشرفته کشف و توسعه دادند، جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند.

QDها نانوکریستال‌های نیمه‌رسانا با ابعاد معمولی از چند تا ده‌ها نانومتر هستند که می‌توانند خواص فوتوالکتریک را براساس اندازه ذرات خود کنترل کنند. PQDها، به ویژه، به دلیل خواص فوتوالکتریک برجسته، توجه قابل‌توجهی را از سوی محققان به خود جلب کرده‌اند. علاوه بر این، فرآیند تولید آنها شامل پاشش ساده یا استفاده از یک حلال است که نیاز به فرآیند رشد روی بسترها را از بین می‌برد. این رویکرد ساده امکان تولید با کیفیت بالا را در محیط های مختلف تولیدی فراهم می کند.

با این حال، استفاده عملی از QDها به عنوان سلول های خورشیدی نیازمند فناوری است که فاصله بین QDها را از طریق تبادل لیگاند کاهش می‌دهد، فرآیندی که یک مولکول بزرگ مانند گیرنده لیگاند را به سطح QD متصل می‌کند. PQDهای آلی با چالش‌های قابل‌توجهی از جمله نقص در کریستال‌ها و سطوح خود در طول فرآیند جایگزینی مواجه هستند. در نتیجه، PQDهای معدنی با راندمان محدود تا 16 درصد عمدتاً به عنوان مواد برای سلول‌های خورشیدی استفاده شده‌اند.

در این مطالعه، تیم تحقیقاتی از راهبردهای تبادل لیگاند مبتنی بر یدید آلکیل آمونیوم استفاده کرد، که به طور موثر لیگاندها را جایگزین PQD‌های آلی با استفاده عالی از خورشید می‌کند. این پیشرفت، ایجاد یک لایه فوتواکتیو از QD‌ها برای سلول‌های خورشیدی با راندمان جایگزینی بالا و نقص‌های کنترل شده را امکان‌پذیر می‌کند.

در نتیجه، کارایی PQDهای آلی که قبلاً با استفاده از فناوری جایگزینی لیگاند موجود به 13 درصد محدود شده بود، به طور قابل‌توجهی به 18.1 درصد بهبود یافته است. علاوه بر این، این سلول‌های خورشیدی پایداری فوق‌العاده‌ای را نشان می‌دهند و عملکرد خود را حتی پس از ذخیره طولانی مدت بیش از دو سال حفظ می‌کنند. سلول‌های خورشیدی آلی PQD که به تازگی توسعه یافته‌اند، کارایی و پایداری بالایی را به طور هم‌زمان از خود نشان می‌دهند.

سانگ هاک لی، نویسنده اول این مطالعه گفت تحقیقات قبلی روی سلول‌های خورشیدی QD عمدتاً از PQD‌های غیرآلی استفاده می‌کردند. از طریق این مطالعه، ما پتانسیل را با پرداختن به چالش‌های مرتبط با PQD‌های ارگانیک نشان داده‌ایم که استفاده از آنها دشوار است. پروفسور جانگ اظهار داشت این مطالعه مسیر جدیدی را برای روش تبادل لیگاند در PQDهای آلی ارائه می‌دهد که به عنوان کاتالیزوری برای ایجاد انقلاب در زمینه تحقیقات مواد سلول خورشیدی QD در آینده عمل می‌کند.

منبع

ارتباط با ستاد در صفحات تلگرام - اینستاگرام - بله