نقاط کوانتومی انقلابی در پنل‌های خورشیدی ایجاد می‌کنند
دانشمندان با استفاده از نقاط کوانتومی (QDs) به‌عنوان مبنای فناوری جدید، انقلابی در صنعت فتوولتائیک ایجاد کرده‌اند. این نانوذرات نیمه‌هادی، عملکرد پنل‌های خورشیدی را بهبود می‌بخشند و دوام آن‌ها را افزایش می‌دهند.
به گزارش ماد از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، طبق تحقیقات اخیر، نقاط کوانتومی ظرفیت بالایی برای بهینه‌سازی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی (PSCs) دارند؛ این نوع سلول‌ها به دلیل بازدهی بالا و هزینه تولید مقرون‌به‌صرفه، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند.
در این مقاله، به بررسی پیشرفت‌های خارق‌العاده فناوری QD و تأثیر آن بر صنعت پنل‌های خورشیدی پرداخته شده است:
نقاط کوانتومی ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند که آن‌ها را برای فناوری سلول‌های خورشیدی ایده‌آل می‌سازد. انعطاف‌پذیری ابعادی این نقاط، طیف وسیع‌تری از نور خورشید را جذب کرده و موجب افزایش چشمگیر بازدهی تبدیل انرژی (PCE) می‌شود.
همچنین، نقاط کوانتومی از پایداری نوری بالایی برخوردارند، چرا که مهندسان آن‌ها را به‌گونه‌ای طراحی می‌کنند که در شرایط عملیاتی مستمر پنل‌های خورشیدی مقاوم باشند.
دانشمندان روش‌های مختلفی را برای ترکیب نقاط کوانتومی در سلول‌های پروسکایتی توسعه داده‌اند. یکی از این روش‌ها، استفاده از فناوری “تابش لیزر پالسی در کلوئیدها” (PLIC) است که کنترل دقیقی بر اندازه نقاط کوانتومی اعمال کرده و نتایج با خلوص بالا را به دست می‌دهد. این فناوری، امکان حذف نقص‌های لایه پروسکایت را فراهم کرده و با کاهش بازترکیب بار، کارایی سلول‌های خورشیدی را افزایش می‌دهد.
سلول‌های خورشیدی پروسکایتی به دلیل بازدهی بالا و هزینه تولید پایین، مورد توجه دانشمندان قرار گرفته‌اند. با این حال، نقص‌های ساختاری و عوامل ناپایداری، عملکرد این سلول‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند. نقاط کوانتومی با بهینه‌سازی حرکت حامل‌های بار، این معایب را برطرف کرده و موجب افزایش بازدهی می‌شوند.
تحقیقات نشان داده‌اند که سنتز نقاط کوانتومی با روش PLIC، کارایی سلول‌های پروسکایتی را به‌طور محسوسی افزایش می‌دهد. به‌عنوان مثال، استفاده از نقاط کوانتومی فلز مایع ساخته شده از گالیستان، موجب دستیابی به بازدهی ۲۱.۳۲ درصد در سلول‌های خورشیدی شده است.
همچنین، پژوهشگران با استفاده از نقاط کوانتومی کربنی در لایه پروسکایت، با کاهش نقص‌های مرزی دانه، بازدهی ۱۴.۹۵ درصد را به دست آورده‌اند. این مطالعات، پتانسیل بالای نقاط کوانتومی را در بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی پروسکایتی تأیید می‌کند.
اگرچه فناوری نقاط کوانتومی ظرفیت بالایی برای ارتقای پنل‌های خورشیدی دارد، اما چالش‌هایی نیز برای پیاده‌سازی موفقیت‌آمیز آن‌ها وجود دارد.
یکی از موانع اساسی، کنترل دقیق اندازه و خلوص نقاط کوانتومی در فرآیند سنتز است. در حالی که روش PLIC یک راه‌حل مؤثر ارائه می‌دهد، تحقیقات بیشتری برای بهینه‌سازی مقیاس صنعتی این فناوری موردنیاز است.
پایداری عملیاتی مداوم سلول‌های خورشیدی تقویت‌شده با نقاط کوانتومی، از دیگر چالش‌های کلیدی به‌شمار می‌رود. مطالعات در حال انجام، به دنبال یافتن مواد و تکنیک‌های ساخت نوآورانه‌ای هستند که دوام این سلول‌ها را افزایش دهد.
استفاده از مولکول‌های خودآرا موسوم به SAM و روش‌های مهار نقص، تأثیر مثبتی در بهبود عملکرد لایه انتقال حفره (HTL) و کاهش تلفات انرژی بین‌سطحی داشته است. موفقیت تجاری این فناوری به حل این چالش‌ها بستگی دارد. ادغام سلول‌های پروسکایتی با نقاط کوانتومی، نقطه عطفی جدید در پیشرفت فناوری انرژی خورشیدی محسوب می‌شود.
پژوهش‌های علمی نشان داده‌اند که استفاده از ویژگی‌های منحصربه‌فرد نقاط کوانتومی، مسیر توسعه پنل‌های خورشیدی کارآمدتر و بادوام‌تر را هموار کرده است. آینده سلول‌های خورشیدی تقویت‌شده با QD، با پیشرفت‌های بیشتر در حوزه پایداری و بازدهی همراه خواهد بود و در عین حال، به ارتقای پایداری زیست‌محیطی کمک خواهد کرد.
دانشمندان همچنان به بررسی ترکیب مواد پروسکایتی با نقاط کوانتومی برای افزایش قابلیت‌های سلول‌های خورشیدی ادامه می‌دهند. آن‌ها همچنین در حال توسعه روش‌های پوشش‌دهی و روش‌های کپسوله‌سازی پیشرفته هستند تا دوام این سلول‌ها را افزایش دهند.
علاوه بر این، استفاده از نقاط کوانتومی در ترکیب با سلول‌های خورشیدی تندم، می‌تواند بازدهی انرژی خورشیدی را به سطحی فراتر از محدودیت‌های کنونی برساند. این پیشرفت‌های نوآورانه، مسیر تجاری‌سازی گسترده‌تر انرژی خورشیدی را هموار خواهد کرد و در دسترس‌پذیری این منبع انرژی پایدار در سراسر جهان نقش مهمی ایفا خواهد کرد.
