دیوید فنینگ، استاد نانومهندسی دانشگاه سندیگو کالیفرنیا میگوید: «پروسکایتها میتوانند بازی انرژی خورشیدی را تغییر دهند. آنها قادر خواهند بود بدون کاهش بازدهی، هزینه ساخت را بکاهند. اما هنوز ناشناختههای زیادی راجع به این سلولها وجود دارند که نیاز به مطالعه دارند. ما در حال مطالعه عمیقتر برخی عملکردهای شیمیایی سلولهای پروسکایت هستیم.»
خوان پابلو کوریابانا، استادیار موسسه فناوری گرجستان میگوید: «سلولهای خورشیدی پروسکایت مزایای زیادی دارند زیرا بسیار سبک هستند و قابلیت ساخت با پلاستیکهای انعطافپذیر را دارند. با این وجود، آنها میتوانند با سلولهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون در بازار رقابت کنند، اما باید بازدهی بیشتری داشته باشند.»
در سالهای اخیر، محققان بر روی روشهای مختلف ساخت، مانند اضافه کردن کاتیونهای روبیدیوم و سزیم به پروسکایتهای سرب-هالید، برای دستیابی به بازدهی بالاتر متمرکز شدهاند. مطالعات نشان داده است که افزودن کاتیون این فلزات قلیایی باعث بهبود پایداری و عملکرد پروسکایتها میشود، اما اطلاعات زیادی در مورد علل این بهبودها در دست نیست.
برای پاسخ دادن به این سوال، کوریابانا و فنینگ یک تیم تحقیقاتی تشکیل دادهاند. فنینگ یک محقق در مرکز انرژیهای تجدیدپذیر سندیگو است. آزمایشگاه مرکز انرژیهای تجدیدپذیر سندیگو یک مرکز تخصصی بررسی سلولهای خودشیدی پروسکایت در ابعاد نانو و ایجاد تصاویری از ساختار اتمی با وضوح بالا به کمک روشهای تصویربرداری اشعه ایکس است.
یانکی لوو، دانشجوی دکترای نانومهندسی در آزمایشگاه انرژی خورشیدی فنینگ میگوید: «با نگاهی به ترکیب مواد سلولهای خورشیدی پروسکایت، میبینیم که چگونه هر عنصر به تنهایی در بهبود بازدهی مجموعه نقش مهمی ایفا میکند.»
آزمایشهای آنها نشان داد که اضافه کردن غلظتهای پایین هر یک از کاتیونهای روبیدیوم یا سزیم، باعث توزیع همگن اتمهای هالید درون ماده شده و در نتیجه باعث افزایش بازدهی تبدیل تا بیش از دو درصد نسبت به پروسکایتهای بدون این افزودنیها، میشود.
فنینگ میگوید: «ما متوجه شدیم که یکنواختی در شیمی و ساختار یک سلول خورشیدی پروسکایت باعث رسیدن آن به حداکثر توان خود میشود و هرگونه ناهمگونی در این پیکره مانند یک اتصال ضعیف در زنجیره است.»
محققان همچنین مشاهده کردند که در حالی که اضافه کردن مقدار کمی روبیدیم یا سزیم مفید بود، اضافه کردن بیش از حد آنها باعث تجمع برخی کاتیونهای پروسکایت و ایجاد مناطق میکروسکوپی غیرفعال به نام «مناطق مرده» در سلولهای خورشیدی شده که هیچ جریانی را از خود عبور نمیدهند.
فنینگ در ادامه افزود: «تعجبآور است که وجود این مناطق مرده یک سلول خورشیدی را از بین میبرد. در حالی که در مواد دیگر، این مناطق مرده مانند سیاهچالههایی عمل میکنند که الکترونها را از دیگر مناطق به سمت خود میکشند و به دام میاندازند و هرگز اجازه عبور جریان و ولتاژ را نمیدهند. اما در پروسکایتها، ما دیدیم که مناطق مرده در اطراف روبیدیوم و سزیم اگرچه باعث افت جریان کمی میشود، بیش از حد برای عملکرد سلول خورشیدی زیانآور نیستند. این موضوع نشاندهندهی قدرت بالای این مواد است اما هنوز هم فرصت برای بهبود آنها وجود دارد.»
در مطالعات آینده، تاثیر توزیع یکنواخت هالید بر روی پایداری طولانی مدت سلولهای خورشیدی پروسکایت به طور دقیقتر بررسی خواهد شد.