خورشید در سال‌های اخیر به سلول‌های خورشیدی پروسکایت تابیده است. سلول‌های خورشیدی پروسکایت برای اولین بار در سال ۲۰۱۲ ساخته شدند و جایگزین مناسب و به صرفه‌ای برای سایر تکنولوژی‌های خورشیدی هستند. گزارش‌های کنونی نشان می‌دهند که این سلول‌های خورشیدی قابلیت داشتن بازده‌های بیش از ۲۰% را دارند، نقطه‌ی عطفی که رسیدن به آن دهه‌ها به طول انجامیده است.

اما این مقادیر بازدهی چه میزان واقع‌بینانه هستند؟ این سوال هم اکنون توسط آزمایشگاه‌های ملی پرسیده می‌شود. گروه‌های تحقیقاتی متوجه شده‌اند که بازدهی این سلول‌ها باید همراه با پایداری مناسب باشد که در مورد پروسکایت اینطور نیست. تا زمانی که مشکل پایداری حل نشود، سلول‌های خورشیدی پروسکایت نمی‌توانند جایگزین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی شوند.

به گفته‌ی Keith Emery، مدیر گروه سلول‌های فوتوولتائیک آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) در امریکا، تمام ادعاها در مورد مقادیر بازدهی هیجان‌انگیز در مورد سلول‌های خورشیدی پروسکایت باید به دقت بررسی شوند. آزمایشگاه NREL یکی از چندین آزمایشگاه بین‌المللی موظف به تضمین اینکه ادعاهای مربوط به بهبود در بازدهی سلول‌های خورشیدی مورد تأیید و مطابق استاندارد باشند است. روند معمول تست سلول‌ها، اندازه‌گیری جریان-ولتاژ در آنهاست. سلول در معرض تابش نوری با شدت 1000 W/m2 در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد قرار می‌گیرد، یعنی مشابه با شرایطی که سلول در معرض تابش آفتاب ظهر قرار می‌گیرد. سپس توان خروجی آن اندازه‌گیری می‌شود.

علاوه بر انجام این تست‌ها، Emery داده‌هایی که عملکرد متحولانه‌ی هر نوع از سلول‌های خورشیدی را به صورت نمودار در می-آورد جدا می‌کند. با استفاده از این داده‌ها جایگاه پروسکایت به عنوان سریع‌ترین پیشرفت‌کننده‌ در زمینه‌ی تکنولوژی‌های خورشیدی پس از سیلیکون تأیید می‌شود. برای مثال، یک سلول خورشیدی سیلیکونی چند کریستالی در طول دو دهه بازدهی خود را از ۱۴% به ۲۰% رسانده است، در حالیکه پروسکایت این افزایش را تنها پس از گذشت دو سال داشته است.

مواد هالید آلی-فلزی پس از کشف در سال ۲۰۱۲ مورد توجه همگان قرار گرفته‌اند و به دلیل هزینه‌ی پایین بسیار محبوب هستند. اما مشکل بزرگ این مواد ناپایداری آنهاست. این ناپایداری سبب تخریب این سلول‌ها به محض مورد تست قرار گرفتن می‌شود. به گفته‌ی Emery محاسبات بازده بر این فرض مبتنی هستند که سلول‌های پروسکایت سریع‌تر از سلول‌های سیلیکونی از بین نمی‌روند، با این حال پروسکایت‌ها در معرض نور و هوا تخریب می‌شوند. وی همچنین اشاره می‌کند که بیشتر مقادیر بازده مربوط به سلول‌های خورشیدی پروسکایت تأیید نشده‌اند.

مدیر مرکز فوتوولتائیک پیشرفته در استرالیا، Martin Green، با نظر Emery در مورد ناپایداری پروسکایت‌ها موافق است. وی می‌گوید: «محاسبات به دلیل ناپایداری دستگاه‌ها پیچیده است، زیرا خروجی دستگاه‌ها دارای هیسترزیس است.»

هیسترزیس زمانی به وجود می‌آید که عملکرد یک ماده وابسته به تاریخچه‌ی آن باشد. (مثلاً تضعیف یک لاستیک در تایر خودرو به دلیل استفاده‌ی مکرر از آن.) این عامل از نظر Eva Unger دانشجوی فوق دکتری دانشگاه Lund سوئد بسیار مهم است. به گفته‌ی او سلول‌های خورشیدی از جنس پروسکایت قبل از انجام اندازه‌گیری‌های جریان-ولتاژ تحت شرایط دیگری نیز قرار می-گیرند که باید مورد توجه واقع شود.

تحقیقات اخیر وی بر روی این موضوع، و همچنین بررسی‌های انجام شده توسط Wolfgang Tress و همکارانش در موسسه‌ی تکنولوژی فدرال سوئیس واقع در لوزان نشان می‌دهد که چگونه اندازه‌گیری‌های جریان-ولتاژ بر روی بازدهی دریافتی تأثیر می-گذارند. تمام کارهایی که روی این سلول‌ها چه قبل از انجام اندازه‌گیری و چه در همان حین انجام می‌شود می‌تواند سبب کاهش بازدهی شود.

هزینه‌ی حل این مشکل بازدهی ممکن است چشم‌انداز تبدیل سلول‌های خورشیدی پروسکایت به جانشینی ارزان و موثر برای سلول‌های سیلیکونی را خدشه‌دار کند. به گفته‌ی Emery برای حل مشکل ناپایداری ممکن است صرف هزینه‌های زیادی لازم باشد. در نتیجه تا زمانی که مسئله‌ی پایداری این ماده حل نشود، نمی‌دانیم هزینه‌ی تولید این سلول‌های خورشیدی چه میزان خواهد بود.

منبع:

Are Glowing Reports of New Solar Cell Material Mostly Hype?

منابع مفيد:

Perovskite

Photovoltaic

Perovslite Structure

انرژي ارزان و پاک

نيروگاه شبانه روزي خانگي!

بازدهي سلول‌هاي خورشيدي

سلول‌هاي خورشيدي پوشيدني

نسل جديد سلول‌هاي خورشيدي

پسماند