دستیابی محققان هنگ‌کنگ به سلول‌های خورشیدی پروسکایت/سیلیکون با راندمان ۴۰ درصدی

در آستانه تحولات جهانی در حوزه انرژی پاک و در حالی که جهان با سرعتی بی‌سابقه به سمت استفاده از منابع پایدار حرکت می‌کند، تیمی از مهندسان دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ (PolyU) موفق به توسعه نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی پشت‌سرهم پروسکایت/سیلیکون (TSC) شده‌اند که پتانسیل افزایش بی‌سابقه بازدهی تبدیل انرژی را تا مرز ۴۰ درصد دارند و می‌توانند صنعت انرژی خورشیدی را متحول سازند.

هدف بزرگ: راندمان ۴۰ درصدی

این تیم تحقیقاتی اعلام کرده است که در حال توسعه‌ی سلول‌های خورشیدی پشت‌سرهم پروسکایت/سیلیکون هستند که می‌توانند بازدهی تبدیل انرژی را از حدود ۳۴ درصد به نزدیک ۴۰ درصد افزایش دهند. دستیابی به این رقم، می‌تواند نقطه عطفی در تاریخ انرژی‌های تجدیدپذیر باشد و بهره‌وری انرژی خورشیدی را تا دو برابر نسبت به فناوری‌های معمولی افزایش دهد.

پژوهشگران به رهبری پروفسور لی گنگ و پروفسور یانگ گوانگ، استراتژی جامعی برای افزایش راندمان، پایداری و مقیاس‌پذیری این سلول‌های خورشیدی ارائه داده‌اند. هدف نهایی آنها این است که فناوری‌های جدید انرژی خورشیدی را با اهداف خنثی‌سازی کربن چین تا سال ۲۰۶۰ هماهنگ کنند.

چالش‌های علمی و مهندسی پروسکایت

اگرچه دستگاه‌های کوچک آزمایشگاهی پیشرفت زیادی در بهره‌وری نشان داده‌اند، اما مسیر تجاری‌سازی این فناوری با چالش‌های مهمی روبرو است. پروفسور لی تاکید کرد که باید قابلیت اطمینان این دستگاه‌ها بهبود یابد و اختلاف عملکرد بین نمونه‌های کوچک و ماژول‌های بزرگ به حداقل برسد.

ناپایداری مواد

چالش اصلی در مسیر توسعه‌ی این فناوری، آسیب‌پذیری مواد پروسکایت است. این مواد در برابر عوامل محیطی زیر بسیار حساس و آسیب‌پذیر هستند:

• رطوبت و اکسیژن
• نور فرابنفش
• تغییرات دمایی

این عوامل می‌توانند در بلندمدت موجب کاهش کارایی سلول‌های خورشیدی شوند.

انتقال به تولید صنعتی

انتقال این فناوری از محیط آزمایشگاهی به تولید صنعتی در مقیاس بزرگ، نیازمند غلبه بر چالش‌هایی اساسی است. محققان PolyU بر موارد زیر تاکید کرده‌اند:

• یکنواختی مواد در مقیاس بالا
• کنترل نقص‌ها و عیوب ساختاری
• افزایش دوام و طول عمر ماژول‌ها

برای رفع این چالش‌ها، تیم تحقیقاتی پیشنهاد داده است که از آزمایش‌های پایداری تسریع‌شده بر اساس استانداردهای کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) استفاده شود تا سازگاری مواد و فرآیندهای تولید با استانداردهای صنعتی جهانی تضمین شود.

مسئولیت زیست‌محیطی و پایداری

مواد پروسکایت از نظر هزینه نسبتاً مقرون‌به‌صرفه هستند، اما حاوی عناصر کمیاب و مقدار کمی سرب هستند که نگرانی‌هایی جدی در زمینه‌ی آلودگی و بازیافت ایجاد می‌کند. تیم PolyU برای همسو کردن این فناوری با اصول حفاظت از محیط زیست، رویکرد دوگانه‌ای را دنبال می‌کند:

• توسعه‌ی جایگزین‌های پایدارتر برای مواد پروسکایت.
• طراحی سیستم‌های مدیریت یا بازیافت موثر برای سرب موجود در سلول‌ها.

به گفته‌ی محققان، اگر صنعت بتواند نیازهای عملکردی و پایداری را برآورده کند، سلول‌های خورشیدی پروسکایت/سیلیکون می‌توانند به سنگ بنای اصلی انرژی‌های تجدیدپذیر آینده تبدیل شوند.

همکاری، تجاری‌سازی و تاثیرات جهانی

پژوهشگران بر اهمیت همکاری میان دانشگاه‌ها، صنایع انرژی و مراکز تحقیقاتی برای حل چالش‌های علمی باقی‌مانده و دسترسی به هزینه‌های برق پایین‌تر تاکید کردند. ادغام علم مواد، مهندسی دستگاه و مدل‌سازی اقتصادی کلید اصلی آماده‌سازی برای تولید صنعتی این فناوری خواهد بود.

پروفسور یانگ گوانگ هدف این پروژه را ارائه‌ی منبعی پایدار از انرژی تجدیدپذیر با راندمان بالا برای تامین انرژی سبز و قابل اطمینان برای صنایع پرمصرفی مانند هوش مصنوعی (AI) دانست. این دستاورد به تسریع تحول کم‌کربن در ساختار انرژی جهانی کمک خواهد کرد.

یافته‌های تیم PolyU در مجله‌ی معتبر Nature Photonics منتشر شده است و جامعه علمی جهانی از آن به عنوان یکی از پیشرفت‌های قابل توجه در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر یاد کرده است. کارشناسان معتقدند که موفقیت این پروژه و تحقق راندمان ۴۰ درصدی، تاثیری شگرف بر کاهش هزینه‌های انرژی پاک در سطح جهان خواهد داشت و سلول‌های خورشیدی TSC را از آزمایشگاه‌ها به پشت‌بام خانه‌ها و شبکه‌های برق صنعتی خواهد رساند.