زهرا طهماسبی

یکی از چالش‌های اساسی در حوزه فتوولتائیک (PV) ، برداشت کارآمد و مقرون‌به‌صرفه از انرژی خورشیدی است که می‌تواند نیازهای انرژی بشر را در آینده تأمین کند. سلول‌های خورشیدی از جمله دستگاه‌هایی هستند که امکان استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشید را فراهم می‌کنند. در میان انواع سلول‌های خورشیدی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی (PSCs) به دلیل ضریب جذب نوری بالا، طول انتشار حامل بار طولانی، هزینه پایین مواد اولیه و شکاف باند قابل تنظیم و انرژی پیوند اکسایتون کم توجه بسیاری را به خود جلب کرده‌اند. این ویژگی‌ها به آن‌ها پتانسیل بهره‌وری بالا و هزینه تولید پایین می‌بخشد[1,2]. از طرفی، سلول‌های خورشیدی موجود در بازار معمولاً از سیلیکون به عنوان ماده اصلی و بصورت تک پیوند استفاده می‌کنند که چندین ایراد دارد. به عنوان مثال، شکاف باند ماده سیلیکون 1.1 الکترون‌ولت است که یکی از دلایل محدودیت توانایی سلول‌های خورشیدی برای استفاده از تمامی طول موج‌ها است. این محدودیت‌ها همچنین منجر به بازدهی محدود سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون می‌شود. پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون سخت و سنگین هستند که همچنین کاربرد آن‌ها را بر روی سطوح انعطاف‌پذیر و سبک محدود می‌کند. برای اینکه فناوری مبتنی بر سیلیکون به یک مبدل فتوولتائیک کارآمدتر تبدیل شود، پیشنهاد شده است که یک زیر سلول سیلیکونی با یک ماده نیمه‌رسانا با باندگپ نسبتاً بالاتر ترکیب شود تا یک سلول خورشیدی چندپیوندی تشکیل دهد، که قادر به واکنش با طیف وسیع‌تری از نور خورشید باشد و تلفات حرارتی کاهش یابد. با این پیکربندی، سلول می‌تواند خروجی الکتریکی بیشتری ایجاد کند و در عین حال طیف وسیع‌تری از تابش فرودی را جذب کند. مواد مختلفی مانند سیلیکون و پروسکایت‌های مبتنی بر سرب می‌توانند برای ساخت سلول‌های خورشیدی چندپیوندی استفاده شوند. با این حال، مواد پروسکایت مبتنی بر سرب سمی و برای محیط زیست و سلامت انسان خطرناک هستند. به عنوان یک گزینه ایمن‌تر و دوستدار محیط زیست برای سلول‌های خورشیدی چندپیوندی، پژوهشگران اکنون بر روی مواد پروسکایت بدون سرب تمرکز کرده‌اند[3, 4]. ساده‌ترین نوع این ساختار زمانی است که دو نوع جاذب (سلول) به صورت پشت سر هم قرار گیرند. در این ترکیب، تابش ابتدا باید به جاذب با گاف انرژی بالاتر برخورد کند. همچنین، این ماده باید برای عبور نور با انرژی کمتر شفاف باشد تا نور بتواند از آن عبور کرده و به جاذب بعدی برسد (شکل 1). با توجه به اینکه سیلیکون بیشتر قسمت‌های قرمز طیف خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کند و پروسکایت‌ها عمدتاً از بخش‌های آبی و سبز طیف خورشید بهره‌برداری می‌کنند، ترکیب این دو ماده می‌تواند بازده نهایی سلول‌های خورشیدی را بهبود بخشد[5].