افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی با نانولوله کربنی

به گزارش ایسنا، 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 قرارگرفته‌اند. بااین‌وجود محققان در تلاش‌ هستند ضمن کاهش هرچه بیشتر هزینه ساخت این نوع سلول‌های خورشیدی، بازدهی آن‌ها را نیز به سطح بالاتری ارتقا دهند.

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 ارتقای 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 ۱۱.۱۰ درصد به ۱۷.۴۰ درصد افزایش یافته است. دلیل بهبود کارایی دیوایس‌های ساخته شده به بلورینگی و نظم بالا در لایه­ فعال، رشد اندازه­ نواحی انتقال‌دهنده بار و همچنین افزایش قابل‌ملاحظه 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 ۱۱.۱۰ درصد به ۹.۳۲ درصد)؛ اما اصلاح سطحی نانولوله‌های کربنی به روش شیمیایی پیوندزنی باعث بهبود چشمگیر مورفولوژی، انتقال بار و درنتیجه عملکرد سلول­‌های فتوولتاییکی شد.

وی در خصوص پارامترهای عملیات به‌دست‌آمده از سلول خورشیدی بهینه‌شده، گفت: در حالت بهینه، مقادیر جریان مدار کوتاه (Jsc)، ضریب پرشوندگی (FF)، ولتاژ مدارباز (Voc) و بازده تبدیل توان (PCE) به mA/cm2 ۲۳.۶۰، ۷۶%، V ۰.۹۷ و ۱۷.۴۰ درصد رسید. این در حالی است که مقادیر پارامترهای متناظر در دیوایس­ اولیه به ترتیب برابر با mA/cm2 ۱۷.۹۰، ۶۶%، V ۰.۹۴ و ۱۱.۱۰ درصد بوده‌اند. علاوه بر این، رشد نواحی بلورین پروفسکایتی از ۲۳۰ نانومتر تا مرز ۶۰۰ نانومتر اتفاق افتاد.

نتایج این پژوهش که حاصل تلاش سمیرا آق‌بلاغی، عضو هیئت‌علمی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان در زمینه سلول‌های خورشیدی است، در New Journal of Chemistry با ضریب تأثیر ۳٫۰۶۹ به چاپ رسیده است.