افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی با نانولوله کربنی

پژوهشگران دانشگاه شهید مدنی آذربایجان موفق شدند با اعمال نانولوله‌های کربنی به درون ساختار سلول‌های خورشیدی پروفسکایتی، بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی را در این نوع سلول های خورشیدی به بیش از ۱۷ درصد افزایش دهند.
به گزارش روابط عمومی  به نقل از دانشگاه شهید مدنی آذربایجان،استفاده از انرژی­‌های پاک یکی از دغدغه­‌های اجتناب­‌ناپذیر جوامع امروزی است. در این میان، سلول­‌های خورشیدی پروفسکایتی به دلیل دارا بودن بازده تبدیل توان مناسب و روش ساخت آسان در سال­‌های اخیر موردتوجه زیادی قرار گرفته‌اند. با این وجود محققان در تلاش‌ هستند ضمن کاهش هرچه بیشتر هزینه ساخت این نوع سلول‌های خورشیدی، بازدهی آن‌ها را نیز به سطح بالاتری ارتقا دهند.

دکتر سمیرا آقبلاغی؛ عضو هیئت‌علمی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، هدف از انجام این طرح را استفاده از نانولوله‌های کربنی در جهت افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی پروفسکایتی عنوان کرد.
به گفته این محقق در طرح حاضر تلاش شده با استفاده از یک رویکرد آسان و ارزان، بازدهی سلول‌های خورشیدی پروفسکایتی- پلیمری تا مقادیر قابل قبولی افزایش یابد.
این محقق در خصوص نحوه عملکرد نانولوله‌های کربنی در ارتقا کارایی سلول‌های خورشیدی گفت: «در کار تحقیقاتی حاضر، با روشی بسیار ساده که شامل پیوندزنی سطح نانولوله‌­های کربنی با دو نوع پلی­تیوفن فضاویژه (پلی(۳-هگزیل­تیوفن)) و غیرفضاویژه (پلی(دودسیل تیوفن)) بوده، بازده سلول­‌های خورشیدی پروفسکایتی ساخته شده از ۱۰/۱۱% به ۴۰/۱۷% افزایش یافته است. دلیل بهبود کارایی دیوایس‌های ساخته شده به بلورینگی و نظم بالا در لایه­ فعال، رشد اندازه­ نواحی انتقال ­دهنده بار و همچنین افزایش قابل ملاحظه­ انتقال الکترون و حفره نسبت داده شده است

آقبلاغی در رابطه با اثر معکوس نانولوله کربنی بدون اعمال اصلاح سطحی بر عملکرد سلول‌های خورشیدی افزود: «استفاده از ترکیبات کربنی نظیر نانولوله­‌های کربنی  در لایه­ فعال سلول­‌های خورشیدی پروفسکایتی در اغلب موارد منجر به کاهش عملکرد آن‌­ها می­‌شود. در این کار تحقیقاتی نیز چنین اثر معکوسی بر روی مشخصه­ دستگاه ساخته شده ملاحظه شد (کاهش بازده از ۱۰/۱۱% به ۳۲/۹%). اما اصلاح سطحی نانولوله‌های کربنی به روش شیمیایی پیوندزنی باعث بهبود چشمگیر مورفولوژی، انتقال بار و در نتیجه عملکرد سلول­‌های فتوولتاییکی شد.»

وی در خصوص پارامترهای عملیات به‌دست‌آمده از سلول خورشیدی بهینه شده گفت: «در حالت بهینه، مقادیر جریان مدار کوتاه (Jsc)، ضریب پرشوندگی (FF)، ولتاژ مدارباز (Voc) و بازده تبدیل توان (PCE) به mA/cm۲ ۶۰/۲۳، ۷۶%، V ۹۷/۰ و ۴۰/۱۷% رسید. این در حالی است که مقادیر پارامترهای متناظر در دیوایس­ اولیه به ترتیب برابر با mA/cm۲ ۹۰/۱۷، ۶۶%، V ۹۴/۰ و ۱۰/۱۱% بوده‌­اند. علاوه بر این، رشد نواحی بلورین پروفسکایتی از ۲۳۰ نانومتر تا مرز ۶۰۰ نانومتر اتفاق افتاد.»