سلول خورشیدی پروسکایت

سلول خورشیدی پروسکایت ( به انگلیسی: Perovskite solar cell ) نوعی سلول خورشیدی که شامل ترکیبی با ساختار پروسکایت می شود. این ماده غالباً هیبرید آلی - معدنی هالید سرب یا قلع است. مواد پروسکایت مانند متیل آمونیوم سرب یدید و یا ماده معدنی سزیم سرب یدید، ارزان بوده و فرایند ساخت آسانی دارند.
بازده این سلول ها از ۳. ۸٪ در سال ۲۰۰۹ [ ۱] تا ۲۲. ۷٪ در سال ۲۰۱۷ برای سلول های تک اتصاله، ۲۶. ۷٪[ ۲] و ۲۵. ۲٪[ ۳] به ترتیب برای سلول های تندم با سیلیکون با آرایش ۴ و ۲ ترمیناله، افزایش یافته است. بدین ترتیب سلول های خورشیدی پروسکایت، سریع ترین فناوری خورشیدی تا به امروز بوده اند. به دلیل پتانسیل این فناوری در دستیابی به بازده های بیشتر و هزینهٔ ساخت پایین تر، این سلول ها توجه زیادی را از نظر تجاری به خود جلب کرده اند.
پروسکایت های هالید فلزی دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند که استفاده از آن ها در سلول های خورشیدی را توجیه می کند. مواد خام استفاده شده و نیز روش های ساخت این مواد ( مانند پرینت ) ، هر دو ارزان و کم هزینه هستند. [ ۴] از سوی دیگر ضریب جذب زیاد این مواد، امکان استفاده از فیلم هایی با ضخامت کم ( حدود ۵۰۰ نانومتر ) را ممکن می سازد. به عبارت دیگر، برای جذب کامل نور مرئی تنها به یک فیلم چند صد نانومتری از پروسکایت نیاز است. [ ۵] ترکیب این ویژگی ها، امکان ساخت ماژول های خورشیدی ارزان، پربازده، نازک، سبک و انعطاف پذیر را فراهم می سازد.
در سال های اولیه تحقیق بر روی این نوع سلول ها، چالش بزرگ این بود که بزرگترین سلول های خورشیدی پروسکایت، به اندازه یک بند انگشت بوده و از سوی دیگر به سرعت نیز در رطوبت هوا تجزیه می شدند. در سال ۲۰۱۷، محققان دانشگاه پلی تکنیک فدرال لوزان در مقاله ای، ساخت ماژولی در ابعاد بزرگ را گزارش کردند که در مدت یک سال بدون هیچ تغییر قابل مشاهده ای پایدار باقی مانده بود. [ ۶] در حال حاضر، این گروه همراه با نهادهای دیگر، در حال توسعه ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت قابل پرینت با بازده ۲۲٪ هستند که پس از انجام تست های پایداری بتواند ۹۰٪ بازدهی خود را حفظ کند. [ ۷]
نام سلول خورشیدی پروسکایت از ساختار کریستالی ABX 3 مادهٔ جاذب آن که به نام ساختار پروسکایت شناخته می شود، نشئت می گیرد. متداول ترین جاذب پروسکایت، متیل آمونیوم سرب تری هالید ( - X یک اتم هالوژن مانند ید، برم و یا کلر است ) با گاف انرژی بین ۱. ۵ تا ۲. ۳ الکترون ولت ( وابسته به نوع هالید ) است. فرمامیدینیوم سرب تری هالید ( H 2 NCHNH 2 PbX 3 ) نیز با گاف انرژی بین ۱. ۵ تا ۲. ۲ الکترون ولت، مادهٔ پرکاربردی در این زمینه محسوب می شود. اولین استفاده از پروسکایت ها در سلول های خورشیدی، به استفاده از CsPbI 3 به عنوان رسانای حفرهٔ نوع p و جاذب در سلول های خورشیدی رنگدانه ای باز می گردد. [ ۸] با توجه به نگرانی های که در مورد حضور سرب در ساختار پروسکایت ها وجود داشت، مطالعاتی نیز بر روی سلول های خورشیدی پروسکایت برپایهٔ قلع مانند CH 3 NH 3 SnI 3 نیز انجام شده است. بازدهی گزارش شده از این نوع سلول ها عموماً کمتر از سلول های برپایهٔ سرب بوده است. [ ۹] [ ۱۰]