«کشش شبکه» راز جدید سلول‌های خورشیدی

پروسکایت‌های پهن‌باند (WBG) که در سلول‌های تاندِم استفاده می‌شوند، با جذب نور آبی و عبور نور قرمز، راندمان سیستم را افزایش می‌دهند، اما این مواد به‌راحتی دچار جدایش فازی می‌شوند که منجر به کاهش عملکرد می‌گردد، افزودن روبیدیوم(Rb) به این ساختارها می‌تواند پایداری را بهبود بخشد، اما Rb تمایل دارد فازهای ثانویه ناخواسته تشکیل دهد که کارایی آن را خنثی می‌کند.

تیم پژوهشی به سرپرستی لوقاس پفایفر و لیکای ژنگ در گروه مایکل گرِتزل، با ایجاد کشش کنترل‌شده در شبکه اتمی پروسکایت، توانستند یون‌های Rb را در جای خود ثابت نگه دارند، این کشش از طریق تنظیم ترکیب شیمیایی و کنترل فرایند گرمایش و سردشدن ایجاد شد، گرمادهی سریع و سپس سردشدن تدریجی، موجب تغییر شکل کنترل‌شده در شبکه اتمی شد که مانع از تشکیل فازهای ناخواسته شد.

محققان برای تأیید این اثر، از پراش پرتو ایکس (XRD) برای تحلیل تغییرات ساختاری، رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) برای ردیابی موقعیت اتم‌های Rb، و مدل‌سازی کامپیوتری برای شبیه‌سازی تعامل اتم‌ها استفاده کردند، همچنین افزودن یون‌های کلرید به ساختار، با جبران اختلاف اندازه بین عناصر، به یکنواختی توزیع یون‌ها و کاهش نقص‌ها کمک کرد.

سلول‌های جدید با Rb پایدار شده توسط کشش شبکه، ولتاژ مدار باز ۱.۳۰ ولت (۹۳.۵ درصد حد نظری) را ثبت کردند که یکی از کمترین تلفات انرژی در پروسکایت‌های پهن‌باند است، همچنین بهره کوانتومی فوتولومینسانس (PLQY) بهبود پیدا کرده که نشان‌دهنده تبدیل مؤثرتر نور خورشید به برق است، این پیشرفت نه‌تنها راندمان سلول‌های تاندِم (ترکیب پروسکایتو سیلیکون) را افزایش می‌دهد، بلکه کاربردهای دیگر پروسکایت‌ها همچون LEDها و حسگرها را نیز گسترش می‌دهد. با کاهش تلفات انرژی، این فناوری می‌تواند قدمی بزرگ در تولید انرژی پاک و کم‌هزینه باشد.