صنعت انرژی خورشیدی در آستانه تحولی بزرگ قرار دارد. سلولهای خورشیدی پروسکایت (Perovskite) که به تازگی پیشرفتهای چشمگیری در افزایش دوام و بازدهی داشتهاند، میتوانند هزینه تولید برق خورشیدی را به طرز چشمگیری کاهش دهند و دسترسی به انرژی پاک را برای همه میسر سازند.
تفاوت سلول خورشیدی پروسکایت با سیلیکون
سلولهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون سالها است که استاندارد صنعت محسوب میشوند، اما هزینه و وزن بالای آنها مانعی جدی برای نصب بر روی پشتبامهای سبک و سطوح غیرمسطح است. در مقابل، سلولهای پروسکایت که نوعی ماده معدنی مصنوعی با ساختار بلوری خاص هستند، مزایای زیر را دارند:
- قابلیت تولید به صورت جوهر یا رنگ و اعمال روی سطوح مختلف با روشهای صنعتی مانند چاپ یا اسپری
- هزینه تولید بسیار پایینتر نسبت به سیلیکون
- انعطافپذیری بالا که امکان نصب بر روی سطوح منحنی را فراهم میکند
پروسکایت نخستین بار در سال ۲۰۰۹ به عنوان یک ماده خورشیدی امیدبخش معرفی شد، اما مشکل اصلی آن عمر کوتاه بود. اکنون محققان با ترکیب لایههایی از پروسکایت و سیلیکون در سلولهای پشتسر هم (Tandem Cells) توانستهاند هم بازدهی را افزایش دهند و هم دوام را بهبود بخشند.
پیشرفتهای اخیر در سلولهای سه پیوندی
یکی از هیجانانگیزترین حوزههای تحقیق، سلولهای خورشیدی سه پیوندی (Triple-Junction) است که از سه ماده مختلف برای جذب بخشهای متفاوت طیف نور خورشید استفاده میکنند. در سال گذشته، تیمی در استرالیا به بازده تبدیل ۲۳.۳٪ برای یک سلول ۲.۵ اینچ مربعی و ۲۷.۰۶٪ برای نمونه کوچکتر دست یافتند.
جدیدترین دستاورد از آلمان گزارش شده است: محققان مرکز هلمهولتز برلین (HZB) با استفاده از گرافن به عنوان جایگزین پلیمر رسانای رایج (PEDOT:PSS) موفق به ساخت سلولی با دوام و بازده بالاتر شدند. آنها نتایج خود را در مجله علمی Joule منتشر کردهاند.
انقلابی در بازار پنلهای خورشیدی سبک
یکی از بزرگترین موانع گسترش انرژی خورشیدی، وزن زیاد پنلهای سیلیکونی است. بر اساس آمار، حدود ۳۰٪ از پشتبامهای تجاری در سراسر جهان توانایی تحمل وزن آنها را ندارند و در بریتانیا ۱۲ میلیارد متر مربع پشتبام برای پنلهای معمولی نامناسب است. اما سلولهای نازک و سبک پروسکایت میتوانند این معضل را حل کنند.
استارتآپ بریتانیایی Power Roll با همکاری دانشگاه کوئین مری لندن در حال توسعه خط تولیدی است که با استفاده از روشهای بازرسی نوری پیشرفته، عیوب فیلمهای نازک را تشخیص داده و تولید انبوه را ممکن میسازد. این فناوری میتواند تا ۳۰٪ به نصب پنلهای خورشیدی روی سقفهای تجاری کمک کند.
چالشها و چشمانداز آینده
با وجود پیشرفتهای امیدوارکننده، چالش اصلی همچنان مقیاسپذیری تولید و تضمین دوام طولانیمدت (بیش از ۲۰ سال) است. محققان در حال بهبود پایداری در برابر رطوبت و گرما هستند و ترکیب لایههای محافظ با گرافن یکی از راهحلهای پیشنهادی است.
به نظر میرسد که تا پایان دهه جاری، سلولهای خورشیدی پروسکایت بتوانند سهم قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص دهند و انرژی خورشیدی را به یکی از ارزانترین منابع برق جهان تبدیل کنند.
