محققان دانشگاه اصفهان موفق به طراحی سلول خورشیدی ارزانتر و پایدارتر شدند

محقق و عضو هیات علمی دانشگاه اصفهان، روز شنبه در گفت و گو با خبرنگار ایرنا اظهار داشت: کار تحقیقاتی طراحی سلول‌های خورشیدی فوتوولتائیک پروسکایتی پایه کربن با بازدهی ۲۶ درصد توسط محققان این دانشگاه و با همکاری گروه‌های تحقیقاتی از آکادمی علوم چین و دانشگاه کالج لندن انجام شد.

رضا کشاورزی با بیان اینکه هزینه تولید سلول خورشیدی طراحی شده در این تحقیق نسبت به نمونه‌ تجاری سیلیکونی تا ۸۵ درصد کاهش می‌یابد، افزود: هزینه ماژول‌های خورشیدی سیلیکونی موجود در بازار، یک دلار به ازای هر وات برق تولیدی است در حالی که در نمونه طراحی شده بر پایه کربن حتی اگر بازدهی آن به ۲۰ درصد برسد، حدود ۰.۱۴ دلار به ازای هر وات برق خواهد بود.

وی، هدف اصلی از اجرای این طرح را کاهش هزینه‌های سلول خورشیدی دانست و گفت: در سلول‌های خورشیدی اصلی از طلا و یک لایه انتقال‌دهنده حفره(بار مثبت) استفاده می‌شود که قیمت بالایی دارد و همچنین موجب ایجاد ناپایداری در سلول می شود.

عضو هیات علمی گروه شیمی معدنی دانشگاه اصفهان با بیان اینکه در طراحی انجام شده، طلا حذف شده و از کربن به جای آن استفاده می‌شود، ادامه داد: کربن نسبت به طلا ارزانتر است و در افزایش پایداری سلول خورشیدی پروسکایتی نقش موثرتری دارد و با استفاده از راهکارهای مختلف برای افزایش بازدهی این نوع سلول خورشیدی اقدام کردیم.

کشاورزی با اشاره به اینکه این طرح، جزیی از یک طرح بزرگ پژوهشی است که با یک گروه چینی در قالب صندوق علمی "‌راه ابریشم" با حمایت صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور و آکادمی علوم چین در حال اجراست، خاطرنشان کرد: طرح "سلول‌های خورشیدی پروسکایتی بر پایه کربن" توسط صندوق راه ابریشم پذیرفته و از ۲ سال گذشته روی آن کار شده است.

این استاد دانشگاه با تاکید بر اهمیت تولید و ترویج سلول‌های خورشیدی در کشور با توجه به ظرفیت‌های زیادی که برای استفاده از آن بعنوان یک منبع انرژی پاک و در دسترس وجود دارد، گفت: کشورهای پیشرفته حتی ممالک واقع در حاشیه جنوب خلیج فارس به سمت این انرژی حرکت و سرمایه‌گذاری زیادی روی آن کرده‌اند اما هنوز در کشور ما آنطور که باید، در این زمینه کار نشده است.

وی با بیان اینکه ما زمین‌های مناسبی در کشور برای استقرار سلول‌های خورشیدی داریم، تصریح کرد: دولتمردان، محققان، شرکت‌های فناور و سرمایه‌گذاران ما نیز باید بیشتر به این مقوله بپردازند.

کشاورزی با اشاره به اینکه هزینه کارهای تحقیقاتی در باره انرژی خورشیدی نیز در کشورمان بدلایل مختلف مانند نوسانات ارزی، بالاست، گفت: قیمت مواد اولیه افزایش زیادی یافته و بعنوان مثال قیمت یک گرم از یکی از مواد مورد نیاز در این طرح ۳۰ میلیون است که امیدواریم بخشی از این هزینه‌ از طریق صندوق راه ابریشم تامین شود.

وی با تاکید بر اینکه قابلیت تجاری سازی طرح سلول خورشیدی "پروسکایتی بر پایه کربن" در کشور بخوبی وجود دارد، افزود: برای تجاری سازی نیاز است تا پس از رسیدن به جواب نهایی در آزمایشگاه، سرمایه‌گذاران از آن حمایت مالی کنند و این کار را می توان از طریق ایجاد هسته فناور پیش برد.

روابط عمومی دانشگاه اصفهان نیز در این زمینه اعلام کرد: رضا کشاورزی عضو هیات علمی دانشکده شیمی دانشگاه اصفهان به همراه میرکاظم عمرانی دانش آموخته کارشناسی ارشد رشته فیزیک این دانشگاه، مُجتبی عبدی جالبی استاد دانشگاه کالج لندن و "پنگ جائو" از آکادمی علوم چین در این طرح مشارکت داشتند.

سلول‌های خورشیدی پروسکایتی، نسل جدیدی از سلول‌های خورشیدی است که بدلیل رشد سریع در افزایش بازدهی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است.

بازدهی این سلول‌ها از ۳.۸ درصد در سال ۲۰۰۹ به ۲۵.۷ درصد در سال ۲۰۲۱ رسیده که بسیار نزدیک به بازدهی سلول‌های خورشیدی تجاری سیلیکونی است.

عضو هیات علمی شیمی معدنی دانشگاه اصفهان، مهمترین چالش سلول‌های خورشیدی تجاری را  پایدار نبودن طولانی مدت آن دانست و گفت: در این نوع سلول ها در کنار مواد معدنی پروسکایتی، از یک لایه طلا و یک لایه انتقال دهنده حفره(بار مثبت) استفاده می شود که علاوه بر افزایش هزینه‌، نقش بسزایی در پایدار نبودن سلول ها دارد.

کشاورزی افزود: در این کار تحقیقاتی بین‌المللی، سلولی طراحی شده است که با جایگزین کردن کربن به جای لایه گران قیمت طلا و حذف لایه انتقال دهنده حفره، می توان به پایداری آنها افزود و از طرفی با اضافه کردن نانوذرات پلاسمونیکی به لایه فعال نوری سلول، بازدهی آن را افزایش داد.

وی خاطرنشان کرد: در طراحی انجام شده، سلول خورشیدی پروسکایتی پایه کربن و بدون لایه انتقال دهنده حُفره بازدهی ۱۹.۷۲ درصد حاصل می‌شود و با افزون یک لایه نازک ۳۰ نانومتری معدنی از جنس مس( I ) یوسیانات در فصل مشترک کربن و پروسکایت می‌توان بازدهی را به ۲۶.۵۸ درصد رساند.

نتایج این تحقیق در مجله "Scientific Reports" از انتشارات "Nature " به چاپ رسیده و مجله خبری "PV Magazine" نیز دستاوردهای این تحقیق را بصورت یک خبر منتشر کرده است.

سلول خورشیدی (Solar cell) یا سلول فتوولتائیک، یک قطعه الکترونیکی است که انرژی نور خورشید را مستقیم به الکتریسیته تبدیل می‌کند.

دانشگاه اصفهان با حدود ۱۷ هزار دانشجو و ۶۶۰ عضو هیات علمی یکی از دانشگاه‌های جامع برتر کشور است.