ساخت سلول‌‌‌های خورشیدی ارزان نیمه شفاف و با بازده بالا

با گسترش روز افزونی که به کارگیری فناوری سلول‌‌‌های خورشیدی پیدا کرده است به کارگیری این سلول‌‌‌ها به نحوی که کمتر در دید باشند اهمیت بیشتری پیدا کرده است. سلول‌‌‌های خورشیدی شفاف یا نیمه شفافی که بتوانند ویژگی‌‌‌هایی همچون انعطاف پذیری را نیز در عین زیبایی ظاهری در خود داشته باشند یکی از آرزوهای کاربران این فناوری است که البته بازدهی پایین و قیمت بالا دو مانع اصلی در این بین به شمار می‌‌‌‌آیند.

دانشمندان در هنگ کنگ این بار خبر از ساخت سلول خورشیدی نیمه شفافی دادند که از الکترودهای گرافنی بهره می‌‌‌‌برد و ضمن ارائه‌‌‌ی بازده بالا قیمت اندکی نیز دارند.

نسل نخست سلول‌‌‌های خورشیدی که برپایه‌‌‌ی تبدیل انرژی فتوولتاییک سیلیکونی کار می‌‌‌‌کرد، اگرچه پایداری و بازده مناسبی داشتند ولی فاقد شفافیت و قیمت مناسب بودند که آن‌‌‌ها را برای کاربردهایی همچون ساختمان‌‌‌های مدرن نامناسب می‌‌‌‌ساخت. البته نسل دوم این سلول‌‌‌ها هم اگرچه ویژگی‌‌‌هایی همچون وزن پایین و انعطاف پذیری را دارا بودند ولی قیمت بسیار بالایی هم داشتند چرا که از مواد اولیه‌‌‌ای بسیار کمیاب و در فرایندی انرژی بر ساخته می‌‌‌‌شدند.

اکنون با به کارگیری موادی همچون فیلم‌‌‌های نازک perovskite نسل سوم سلول‌‌‌های خورشیدی پا به عرصه گذارده اند که به نظر می‌‌‌‌رسد می‌‌‌‌توانند ویژگی‌‌‌های مناسب و لازم را با قیمتی پایین در اختیار ما قرار دهند. در همین راستا این دانشمندان نسخه‌‌‌ی خود از نسل سوم سلول‌‌‌های خورشیدی را ساخته اند که بسیار باریک، با رسانش بالا و البته ارزان است و به کارگیری گرافن در آن باعث شده است که شفافیت سلول نیز تا حد زیادی حفظ شود. به باور سازندگان این سلول‌‌‌ها این توانایی را دارند که در پنجره ها، نماها و سقف ساختمان‌‌‌ها به کار برده شوند تا بتوان از تمام سطوح در دسترس برای تولید انرژی ارزان و زیست محیطی بهره برد.

با ادعای بازدهی ۱۲ درصدی که این سلول خورشیدی دارد و قیمت ۰.۰۶ دلار بر وات انرژی تولیدی از آن می‌‌‌‌توان این گونه گفت که این سلول‌‌‌ها می‌‌‌‌توانند تا ۵۰ درصد نسبت به سلول‌‌‌های خورشیدی سیلیکونی معمولی ارزان تر تمام شوند که در نوع خود رکورد جالبی است.

این پژوهشگران برای آنکه ویژگی‌‌‌های رسانشی گرافن را که از مدت‌‌‌ها پیش شناخته شده بوده و در دسترس قرار داشته به استانداردهای مورد نیاز خود نزدیک کنند، از بسپاری به نام PEDOT:PSS بهره بردند که در ساخت LED‌‌‌ها بسیار به کار می‌‌‌‌رود و می‌‌‌‌تواند نقش لایه‌‌‌ی چسباننده را نیز بازی کند.

برای آن که بتوان از این سلول‌‌‌ها بازده بالایی نیز به دست آورد نیز پژوهشگران دریافتند که با چند لایه سازی گرافن به روش رسوب نشانی بخار شیمیایی می‌‌‌‌توان مقاومت الکتریکی گرافن را کاهش داد و در عین حال شفافیت آن را حفظ کرد. در نهایت برای دستیابی به بازدهی هرچه بیشتر آن‌‌‌ها از بهینه سازی زاویه تماس بین لایه‌‌‌ها بهره بردند تا بتوان بهترین سلول خورشیدی را تولید کرد.

به گفته‌‌‌ی پژوهشگران این طرح، انعطاف پذیری بی نظیر گرافن و سادگی ساخت این سلول می‌‌‌‌تواند آن را به گزینه‌‌‌ای مطلوب برای تولید انبوه بدل سازد تا بتوان بازار این دسته از دستگاه‌‌‌ها را با سلول‌‌‌هایی شفاف و با بازده بالا جایگزین کرد.

جزییات این پژوهش در نشریه‌‌‌ی علمی Advanced Materials به چاپ رسیده است.