مهندسان یک سلول خورشیدی جدید از جنس پروسکایت با ولتاژ و بازدهی بی سابقه ساخته اند که طول‌موج‌های مختلف نور را تبدیل به انرژی الکتریکی می کند، و یک سطح ویژه دارد  که هدر رفت انرژی را کاهش می‌دهد.

به گزارش تکناک، این سلول خورشیدی به شکل پشت سر هم ساخته شده و از دو لایه پروسکایت استفاده می‌کند.

پروسکایت نه تنها در جذب انرژی از نور خورشید عالی است، بلکه نازک‌تر، سبک‌تر، انعطاف‌پذیرتر، و ساخت آن آسان‌تر و ارزان‌تر از  بقیه مواد مورد استفاده در ساخت سلول های خورشیدی است.

استفاده و کارایی پروسکایت ، در مدت کمی بیش از یک دهه به شدت افزایش یافته است به نحوی که  از کمتر از 4 درصد استفاده در سال 2009 به بیش از 25 درصد در سال 2021 رسیده و اکنون رقیب سیلیکون است.

حتی در سلول‌های به اصطلاح پشت سر هم یا Tandem بهتر عمل می‌کند، جایی که چندین لایه از مواد روی هم چیده شده‌اند تا طول موج‌های متفاوتی از نور خورشید را دریافت کنند. به عنوان مثال، سلول های خورشیدی پشت سر هم پروسکایت-سیلیکون اخیراً از نقطه عطف بازدهی 30 درصد عبور کرده اند.

در مطالعه جدید، تیمی از مهندسان یک سلول خورشیدی پشت سر هم تمام پروسکایت ی ساخته و آزمایش کرده اند. سوال اینجاست که چگونه یک سلول خورشیدی می تواند تمام پروسکایت باشد اما همچنان پشت سر هم باشد؟ ضخامت و ترکیب شیمیایی مواد را می توان به گونه ای تغییر داد که بخش های مختلف طیف نور خورشید را جذب کنند. بنابراین دو نسخه مختلف از مواد را می توان در یک سلول خورشیدی ترکیب کرد.

چانگ ون لی  نویسنده ارشد این مطالعه گفت: در سلول ما، لایه پروسکایت بالایی دارای یک شکاف باند وسیع‌تر است که به خوبی در قسمت طیف فرابنفش و همچنین طیف نور مرئی قابلیت جذب دارد. لایه زیرین دارای یک شکاف باند باریک است که بیشتر برای جذب طیف  مادون قرمز تنظیم شده است. ما جذب طیف نوری بیشتری بیش از آنچه که با سیلیکون امکان پذیر است، را پوشش می دهیم.

با استفاده از این طرح، تیم گزارش داد که یک سلول خورشیدی با اندازه 1 سانتی‌متر مربع دارای حداکثر بازدهی 27.4 درصدی است که در نوع خود یک رکورد و برای هر نوع سلول خورشیدی قابل توجه است. با این حال، تیم هنوز فقط 0.1درصد کمتر از سلول خورشیدی رکورددار رسمی فعلی عقب تر است، زیرا یک گواهینامه مستقل توسط NREL بازدهی 26.3 درصد را ثبت کرده است.

جایی که این سلول خورشیدی به رکورد جدیدی دست یافت،  ولتاژ آن است. این تیم ولتاژ مدار باز 2.19 الکترون ولت را اندازه‌گیری کردند که بالاترین ولتاژ در بین سلول‌های خورشیدی پشت سر هم تمام پروسکایتی بود.

هر دوی این آمارهای چشمگیر به لطف تغییرات ایجاد شده توسط تیم در لایه جذب کننده نور پروسکایت و لایه ای که الکترون ها در آن حرکت میکنند به دست آمده است. این تیم متوجه شد که میدان الکتریکی در سراسر سطح پروسکایت ثابت نیست، به این معنی که برخی از الکترون‌ها در مدار گم می‌شوند. بنابراین تیم یک پوشش نازک از آنچه پروپاندی آمونیوم (PDA) نامیده می شود، اضافه کردند که بار الکتریکی در سطح این لایه را یکنواخت می کند.

این تیم می‌گوید که برنامه آینده بر افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی از طریق پایدارتر کردن سلول، افزایش جریان و گسترش اندازه سلول متمرکز خواهد بود.