سلول خورشیدی پروسکایت: تفاوت میان نسخه‌ها

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
بدون خلاصۀ ویرایش
Iamramase (بحث | مشارکت‌ها)
۱۷ ویرایش‌ها
بدون خلاصۀ ویرایش
برچسب‌ها: افزودن پیوند به بیرون نادرست ویرایشگر دیداری
خط ۱: خط ۱:
'''سلول خورشیدی پروسکایت''' {{به انگلیسی|Perovskite solar cell}} نوعی [[سلول خورشیدی]] که از جنس [[پروسکایت]] است.<ref>{{یادکرد وب |نویسنده = |نشانی= https://en.wikipedia.org/wiki/Perovskite_solar_cell|عنوان= Perovskite solar cell| ناشر = |تاریخ = |تاریخ بازبینی=}}</ref>
'''سلول خورشیدی پروسکایت''' {{به انگلیسی|Perovskite solar cell}} نوعی [[سلول خورشیدی]] که شامل ترکیبی با ساختار [[پروسکایت]] می‌شود. این ماده غالبا هیبرید آلی-معدنی هالید [[سرب]] یا [[قلع]] است. مواد پروسکایت مانند متیل آمونیوم سرب یدید و یا ماده معدنی سزیم سرب یدید، ارزان بوده و فرایند ساخت آسانی دارند.

بر خلاف صفحه‌های [[سیلیکون]]ی، صفحه‌های پروسکایت را می‌توان با مصرف انرژی کم، بدون نیاز به تجهیزات پیچیده و تنها در چند مرحله تولید کرد. تنها کافی است تا محلولی از مواد الکترودی را روی سطحی قرار داد و منتظر ماند تا بخار شود. نتیجهٔ تولید شده لایه‌هایی ضخیم از پروسکایت‌های کریستال شده است. صفحه‌های خورشیدی پروسکایت با سرعت بالایی در صنعت [[انرژی خورشیدی]] در حال رشد هستند. این صفحه‌ها فعلاً توانایی تولید انرژی به اندازهٔ صفحه‌های سیلیکونی را ندارند، اما تکنولوژی آن‌ها روز به روز در حال افزایش است و فاصلهٔ آن‌ها با صفحه‌های سیلیکونی هر روز کمتر می‌شود. مهم‌ترین نکته، هزینهٔ بسیار کمتری است که تولید آن‌ها نسبت به دیگر صفحه‌های خورشیدی دارد. این صفحه‌های می‌توانند هزینهٔ تولید [[انرژی تجدیدپذیر|انرژی پاک]] را بسیار پایین بیاورند.
بازده این سلول‌ها از ۳.۸٪ در سال ۲۰۰۹ <ref name=":0">{{Cite journal|last=Kojima|first=Akihiro|last2=Teshima|first2=Kenjiro|last3=Shirai|first3=Yasuo|last4=Miyasaka|first4=Tsutomu|date=2009-05-06|title=Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells|url=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja809598r|journal=Journal of the American Chemical Society|language=EN|volume=131|issue=17|pages=6050–6051|doi=10.1021/ja809598r|issn=0002-7863}}</ref> تا ۲۲.۷٪ در سال ۲۰۱۷ برای سلول‌های تک اتصاله<ref name=":1">{{یادکرد وب|نویسنده=|کد زبان=|تاریخ=|وب‌گاه=|نشانی=https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png|عنوان=NREL efficiency chart}}</ref> و برای سلول‌‌های تندم با سیلیکون با آرایش ۴ و ۲ ترمیناله به ترتیب به بازده ۲۶.۷٪<ref>{{Cite journal|last=Ramírez Quiroz|first=César Omar|last2=Shen|first2=Yilei|last3=Salvador|first3=Michael|last4=Forberich|first4=Karen|last5=Schrenker|first5=Nadine|last6=Spyropoulos|first6=George D.|last7=Heumüller|first7=Thomas|last8=Wilkinson|first8=Benjamin|last9=Kirchartz|first9=Thomas|date=2018|title=Balancing electrical and optical losses for efficient 4-terminal Si–perovskite solar cells with solution processed percolation electrodes|url=https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/TA/C7TA10945H|journal=Journal of Materials Chemistry A|language=en|volume=6|issue=8|pages=3583–3592|doi=10.1039/c7ta10945h|issn=2050-7488}}</ref> و ۲۵.۲٪<ref>{{Cite journal|last=Sahli|first=Florent|last2=Werner|first2=Jérémie|last3=Kamino|first3=Brett A.|last4=Bräuninger|first4=Matthias|last5=Monnard|first5=Raphaël|last6=Paviet-Salomon|first6=Bertrand|last7=Barraud|first7=Loris|last8=Ding|first8=Laura|last9=Diaz Leon|first9=Juan J.|date=2018-06-11|title=Fully textured monolithic perovskite/silicon tandem solar cells with 25.2% power conversion efficiency|url=http://www.nature.com/articles/s41563-018-0115-4|journal=Nature Materials|language=En|volume=17|issue=9|pages=820–826|doi=10.1038/s41563-018-0115-4|issn=1476-1122}}</ref>،‌ افزایش یافته است. بدین ترتیب سلول‌های خورشیدی پروسکایت، سریع‌ترین فناوری خورشیدی تا به امروز بوده‌اند. به دلیل پتانسیل این فناوری در دستیابی به بازده‌های بیشتر و هزینۀ ساخت پایین‌تر، این سلول‌ها توجه زیادی را از نظر تجاری به خود جلب کرده‌اند.
<ref name="">بخش خبر تارنمای دیجی کالا</ref>

== ویژگی‌ها ==
پروسکایت‌های هالید فلزی دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که استفاده از آن‌ها در سلول‌های خورشیدی را ؟. مواد خام استفاده شده و نیز روش‌های ساخت (مانند پرینت) هر دو ارزان و کم هزینه هستند.<ref>{{Cite journal|last=Razza|first=Stefano|last2=Castro-Hermosa|first2=Sergio|last3=Di Carlo|first3=Aldo|last4=Brown|first4=Thomas M.|date=2016|title=Research Update: Large-area deposition, coating, printing, and processing techniques for the upscaling of perovskite solar cell technology|url=https://doi.org/10.1063/1.4962478|journal=APL Materials|language=en|volume=4|issue=9|pages=091508|doi=10.1063/1.4962478|issn=2166-532X}}</ref> از سوی دیگر ضریب جذب زیاد این مواد، امکان استفاده از فیلم‌هایی با ضخامت کم (حدود ۵۰۰ نانومتر) را ممکن می‌سازد. به عبارت دیگر، برای جذب کامل [[نور مرئی]] تنها به یک فیلم چند صد نانومتری از پروسکایت نیاز است.<ref>{{Cite journal|last=Yin|first=Wan-Jian|last2=Shi|first2=Tingting|last3=Yan|first3=Yanfa|date=2014-05-15|title=Unique Properties of Halide Perovskites as Possible Origins of the Superior Solar Cell Performance|url=https://doi.org/10.1002/adma.201306281|journal=Advanced Materials|language=en|volume=26|issue=27|pages=4653–4658|doi=10.1002/adma.201306281|issn=0935-9648}}</ref> ترکیب این ویژگی‌ها امکان ساخت ماژول‌های خورشیدی ارزان، پربازده، نازک،‌ سبک و انعطاف‌پذیر را فراهم می‌سازد.

در سال‌های اولیه تحقیق بر روی این نوع سلول‌ها،‌چالش بزرگ این بود که بزرگترین سلول‌های خورشیدی پروسکایت،‌ به اندازه یک بند انگشت بوده و از سوی دیگر به سرعت نیز در رطوبت هوا تجزیه می‌شدند. در سال ۲۰۱۷، محققان [[مؤسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان|دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان]] در مقاله‌ای، ساخت ماژولی در ابعاد بزرگ را گزارش کردند که در مدت یک سال بدون هیچ تغییر قابل مشاهده‌ای پایدار باقی مانده بود.<ref>{{Cite journal|last=Grancini|first=G.|last2=Roldán-Carmona|first2=C.|last3=Zimmermann|first3=I.|last4=Mosconi|first4=E.|last5=Lee|first5=X.|last6=Martineau|first6=D.|last7=Narbey|first7=S.|last8=Oswald|first8=F.|last9=De Angelis|first9=F.|date=2017-06-01|title=One-Year stable perovskite solar cells by 2D/3D interface engineering|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5461484/|journal=Nature Communications|volume=8|doi=10.1038/ncomms15684|issn=2041-1723|pmc=PMC5461484|pmid=28569749}}</ref> در حال حاضر، این گروه همراه با نهادهای دیگر، در حال توسعه ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت قابل پرینت با بازده ۲۲٪ است که پس از انجام تست‌های پایداری بتواند ۹۰٪ بازدهی خود را حفظ کند.<ref>{{یادکرد وب|کد زبان=en-US|وب‌گاه=projects.leitat.org|نشانی=https://projects.leitat.org/the-new-generation-of-photovoltaic-cells-entering-the-market/|عنوان=The New Generation of Photovoltaic Cells Entering the Market|بازبینی=2018-10-29}}</ref>

== مواد ==
[[پرونده:CH3NH3PbI3 structure.png|بندانگشتی|ساختار کریستالی پروسکایت <chem>CH3NH3PbX3</chem>(X هالوژنی مانند ید، برم و یا کلر است). کاتیون متیل آمونیوم (<chem>CH3NH3+</chem>) با هشت‌وجهی‌های <chem>PbX6</chem>احاطه شده‌اند.]]
نام سلول خورشیدی پروسکایت از ساختار کریستالی <chem>ABX3</chem>مادۀ جاذب آن که به نام [[ساختار پروسکایت]] شناخته می‌شود،‌ نشئت می‌گیرد. متداول‌ترین جاذب پروسکایت، متیل آمونیوم سرب تری‌هالید (<chem>CH3NH3PbX3</chem>- X یک اتم [[هالوژن]] مانند [[ید]]، [[برم]] و یا [[کلر]] است) با [[گاف انرژی]] بین ۱.۵ تا ۲.۳ الکترون ولت (وابسته به نوع هالید)‌ هستند. فرمامیدینیوم سرب تری هالید (<chem>H2NCHNH2PbX3</chem>) نیز با گاف انرژی بین ۱.۵ تا ۲.۲ الکترون ولتی مادۀ پرکاربردی در این زمینه است. اولین استفاده از پروسکایت‌ها در سلول‌های خورشیدی،‌ استفاده از <chem>CsPbI3</chem> به عنوان رسانای حفرۀ نوع p و جاذب در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای بود.<ref>{{Cite journal|last=Chung|first=In|last2=Lee|first2=Byunghong|last3=He|first3=Jiaqing|last4=Chang|first4=Robert P. H.|last5=Kanatzidis|first5=Mercouri G.|date=2012|title=All-solid-state dye-sensitized solar cells with high efficiency|url=https://doi.org/10.1038/nature11067|journal=Nature|language=En|volume=485|issue=7399|pages=486–489|doi=10.1038/nature11067|issn=0028-0836}}</ref> با توجه به نگرانی‌های که در مورد حضور سرب در ساختار پروسکایت‌ها وجود داشت،‌ مطالعاتی نیز بر روی سلول‌های خورشیدی پروسکایت برپایۀ قلع مانند <chem>CH3NH3SnI3</chem> نیز انجام شده است. بازدهی گزارش شده از این نوع سلول‌ها عموما کمتر از سلول‌های برپایۀ سرب بوده است.<ref>{{Cite journal|last=Noel|first=Nakita K.|last2=Stranks|first2=Samuel D.|last3=Abate|first3=Antonio|last4=Wehrenfennig|first4=Christian|last5=Guarnera|first5=Simone|last6=Haghighirad|first6=Amir-Abbas|last7=Sadhanala|first7=Aditya|last8=Eperon|first8=Giles E.|last9=Pathak|first9=Sandeep K.|date=2014|title=Lead-free organic–inorganic tin halide perovskites for photovoltaic applications|url=https://doi.org/10.1039/C4EE01076K|journal=Energy Environ. Sci.|language=en|volume=7|issue=9|pages=3061–3068|doi=10.1039/c4ee01076k|issn=1754-5692}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Hao|first=Feng|last2=Stoumpos|first2=Constantinos C.|last3=Cao|first3=Duyen Hanh|last4=Chang|first4=Robert P. H.|last5=Kanatzidis|first5=Mercouri G.|date=2014-05-04|title=Lead-free solid-state organic–inorganic halide perovskite solar cells|url=https://doi.org/10.1038/nphoton.2014.82|journal=Nature Photonics|language=En|volume=8|issue=6|pages=489–494|doi=10.1038/nphoton.2014.82|issn=1749-4885}}</ref>

== فرآوری ==
یکی از مزیت‌های سلول‌های خورشیدی پروسکایت نسبت به سلول‌های خورشیدی سیلیکنی،‌ فراوری آسان آن‌هاست. ساخت سلول‌های خورشیدی سیلیکنی معمولا طی فرایندهای چند مرحله‌ای و گرانی انجام می‌شود که عمدتا نیاز به دماهای زیاد (بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد)، خلا بالا و تجهیزات اتاق تمیز دارند. در حالیکه مواد پروسکایت آلی معدنی با روش‌های آسان‌تر و در محیط آزمایشگاهی قابل ساخت هستند. تا کنون روش‌های مختلفی بر پایۀ‌ محلول و نیز بخار برای ساخت این سلول‌ها استفاده شده است. هر دو نوع این روش‌ها، پتانسیل ساخت سلول در ابعاد بزرگ را دارا هستند.<ref>{{Cite journal|last=Saidaminov|first=Makhsud I.|last2=Abdelhady|first2=Ahmed L.|last3=Murali|first3=Banavoth|last4=Alarousu|first4=Erkki|last5=Burlakov|first5=Victor M.|last6=Peng|first6=Wei|last7=Dursun|first7=Ibrahim|last8=Wang|first8=Lingfei|last9=He|first9=Yao|date=2015-07-06|title=High-quality bulk hybrid perovskite single crystals within minutes by inverse temperature crystallization|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4544059/|journal=Nature Communications|volume=6|doi=10.1038/ncomms8586|issn=2041-1723|pmc=PMC4544059|pmid=26145157}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Snaith|first=Henry J.|date=2013-10-14|title=Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells|url=https://doi.org/10.1021/jz4020162|journal=The Journal of Physical Chemistry Letters|language=EN|volume=4|issue=21|pages=3623–3630|doi=10.1021/jz4020162|issn=1948-7185}}</ref>

در فرایند یک مرحله‌ای بر پایۀ محلول،‌ سرب هالید و متیل آمونیوم هالید در یک حلال حل شده و سپس بر روی زیرلایه به روش پوشش دورانی،‌ نشانده می‌شود. پس از تبخیر حلال، لایه‌ای پکیده و کریستالی شده باقی می‌ماند. با این وجود، روش پوشش‌دهی دورانی به تنهایی منجر به ایجاد لایه‌ای یکنواخت نمی‌شود بلکه نیاز به مواد شیمیایی دیگری مانند [[گاما بوتیرولاکتون|گامابوتیرولاکتون]]،‌ [[دی‌متیل سولفواکسید]] و یا [[تولوئن]] نیز است.<ref>{{Cite journal|last=Jeon|first=Nam Joong|last2=Noh|first2=Jun Hong|last3=Kim|first3=Young Chan|last4=Yang|first4=Woon Seok|last5=Ryu|first5=Seungchan|last6=Seok|first6=Sang Il|date=2014-07-06|title=Solvent engineering for high-performance inorganic–organic hybrid perovskite solar cells|url=https://doi.org/10.1038/nmat4014|journal=Nature Materials|language=En|volume=13|issue=9|pages=897–903|doi=10.1038/nmat4014|issn=1476-1122}}</ref> بدون ریختن قطراتی از این مواد بر روی فیلم درحال چرخش،‌ فیلم نهایی دارای حفره‌ها و نقایصی خواهد بود که در نهایت بازدهی سلول را کاهش می‌دهد.

در روش‌های مبتنی بر فاز بخار، فیلم هالید فلزی در حضور بخار متیل آمونیوم یدید در دمای حدود ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد آنیل می‌شود.<ref>{{Cite journal|last=Chen|first=Qi|last2=Zhou|first2=Huanping|last3=Hong|first3=Ziruo|last4=Luo|first4=Song|last5=Duan|first5=Hsin-Sheng|last6=Wang|first6=Hsin-Hua|last7=Liu|first7=Yongsheng|last8=Li|first8=Gang|last9=Yang|first9=Yang|date=2013-12-27|title=Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells via Vapor-Assisted Solution Process|url=https://doi.org/10.1021/ja411509g|journal=Journal of the American Chemical Society|language=EN|volume=136|issue=2|pages=622–625|doi=10.1021/ja411509g|issn=0002-7863}}</ref> در چنین روش‌هایی، فیلم نهایی یکنواختی بیشتری از نظر ضخامت نسبت به روش‌های مبتنی بر محلول دارد.

هر دوی این فرایندها هزینه و پیچیدگی کمتری نسبت به فرایندهای ساخت سلول خورشیدی سیلیکنی دارند. روش‌های تبخیری یا به کمک فاز بخار نیاز به استفاده از حلال را کاهش داده و خطر باقی ماندن حلال در فیلم نهایی را از بین می‌برند. در حالی‌که، روش‌های مبتنی بر محلول ارزان‌تر هستند. مشکل‌ اصلی در زمینۀ ساخت سلول خورشیدی پروسکایت، عدم پایداری این ماده در شرایط استاندارد محیطی است که منجر به کاهش بازدهی این سلول‌ها می‌شود.

== فیزیک ==
یکی از مهمترین مشخصه‌های پروسکایت‌ها،‌ قابلیت تنظیم گاف انرژی با تغییر مقدار و نسبت هالید است.<ref>{{Cite journal|last=Eperon|first=Giles E.|last2=Stranks|first2=Samuel D.|last3=Menelaou|first3=Christopher|last4=Johnston|first4=Michael B.|last5=Herz|first5=Laura M.|last6=Snaith|first6=Henry J.|date=2014|title=Formamidinium lead trihalide: a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells|url=https://doi.org/10.1039/C3EE43822H|journal=Energy & Environmental Science|language=en|volume=7|issue=3|pages=982|doi=10.1039/c3ee43822h|issn=1754-5692}}</ref> همچنین این مواد دارای طول دیفیوژنی از مرتبۀ یک میکرون، برای الکترون‌ و حفره هستند.<ref>{{Cite journal|last=Stranks|first=Samuel D.|last2=Eperon|first2=Giles E.|last3=Grancini|first3=Giulia|last4=Menelaou|first4=Christopher|last5=Alcocer|first5=Marcelo J. P.|last6=Leijtens|first6=Tomas|last7=Herz|first7=Laura M.|last8=Petrozza|first8=Annamaria|last9=Snaith|first9=Henry J.|date=2013-10-18|title=Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber|url=http://science.sciencemag.org/content/342/6156/341|journal=Science|language=en|volume=342|issue=6156|pages=341–344|doi=10.1126/science.1243982|issn=0036-8075|pmid=24136964}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Liu|first=Shuhao|last2=Wang|first2=Lili|last3=Lin|first3=Wei-Chun|last4=Sucharitakul|first4=Sukrit|last5=Burda|first5=Clemens|last6=Gao|first6=Xuan P. A.|date=2016-12-05|title=Imaging the Long Transport Lengths of Photo-generated Carriers in Oriented Perovskite Films|url=https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b04235|journal=Nano Letters|language=EN|volume=16|issue=12|pages=7925–7929|doi=10.1021/acs.nanolett.6b04235|issn=1530-6984}}</ref> طول دیفیوژن بزرگ به این معناست که بارها می‌توانند در طول خود پروسکایت در فواصل بزرگ جابه‌جا شوند، از اینرو می‌توان از این مواد در ساختار سلول‌های خورشیدی لایه نازک نیز استفاده نمود. به دلیل انرژی پیوند اکسیتون پایین این مواد، بارها در این مواد غالبا به صورت الکترون آزاد و حفره هستند.

== ساختار و معماری سلول‌ها ==
[[پرونده:Perovskite solar cell architectures 1.png|بندانگشتی|(a) طرح‌واره‌ای از سلول خورشیدی حساس شده به پروسکایت که در آن لایۀ فعال شامل یک فیلم مزومتخلخل <chem>TiO2</chem>است که با جاذب پروسکایت پوشانده شده است. برای جمع‌آوری الکترون و حفره،‌ این لایه فعال به ترتیب در تماس با یک ماده نیم رسانای نوع n و نوع p قرار می‌گیرد. (b) طرح‌واره‌ای از یک سلول خورشیدی پروسکایت لایه نازک. در این ساختار،‌ لایۀ نازکی از پروسکایت بین دو اتصال ساندویچ شده است. (c) ترابرد بار در ساختار سلول خورشیدی حساس شده. پس از جذب نور در جاذب پروسکایت، الکترون‌های تولید شده به فیلم مزومتخلخل <chem>TiO2</chem> تزریق می‌شوند. حفره‌ها نیز به نیم رسانای نوع p منتقل می‌شوند. (d) تولید و استخراج بار در ساختار لایه نازک. پس از جذب نور،‌ هر دو فرایند تولید و استخراج بار درون فیلم پروسکایت انجام می‌شود.]]
سلول‌های خورشیدی پروسکایت بسته به نوع نقش پروسکایت در سلول و یا ماهیت الکترودهای بالایی و پایینی، در ساختارهای متفاوتی ساخته می‌شوند. سلول‌هایی که در آن بارهای منفی توسط الکترود شفاف پایینی (آند) استخراج می‌شوند را می‌توان به دو دسته "حساس شده" که در آن پروسکایت عمدتا نقش جاذب نور را داشته و بارها توسط مادۀ دیگری جمع‌آوری می‌شوند،‌ و "لایه نازک" که در آن ترابرد الکترون و یا حفره درون بالک پروسکایت انجام می‌شود،‌ تقسیم کرد. در نوع اول،‌ مشابه فرایند حساس سازی در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای، پروسکایت به عنوان جاذب بر روی فیلم نیم‌رسانای مزومتخلخل - غالبا <chem>TiO2</chem>- نشانده می‌شود. الکترون‌های تولید شده در اثر تابش نور،‌ از پروسکایت به لایۀ مزومتخلخل منتقل شده و درون این لایه به سمت الکترود حرکت کرده و در مدار خارجی استخراج می‌شوند. در نوع دوم،‌ پس از جذب نور و تولید بار، ترابرد هر دو نوع بار مثبت و منفی و انتقال آن‌ها به الکترودها،‌ درون فیلم پروسکایت انجام می‌شود.دستۀ دیگری از سلول‌های خورشیدی پروسکایت وجود دارد که در آن الکترود شفاف پایینی به عنوان کاتد عمل کرده و بارهای مثبت را جمع‌آوری می‌کند.<ref>{{Cite journal|last=Xiao|first=Zhengguo|last2=Bi|first2=Cheng|last3=Shao|first3=Yuchuan|last4=Dong|first4=Qingfeng|last5=Wang|first5=Qi|last6=Yuan|first6=Yongbo|last7=Wang|first7=Chenggong|last8=Gao|first8=Yongli|last9=Huang|first9=Jinsong|date=2014|title=Efficient, high yield perovskite photovoltaic devices grown by interdiffusion of solution-processed precursor stacking layers|url=https://doi.org/10.1039/c4ee01138d|journal=Energy Environ. Sci.|language=en|volume=7|issue=8|pages=2619–2623|doi=10.1039/c4ee01138d|issn=1754-5692}}</ref>
== تاریخچه ==
اولین استفاده از مواد پروسکایت در سلول‌های خورشیدی در سال ۲۰۰۹ توسط میاساکا و همکارانش گزارش شد.<ref name=":0" /> این سلول در ساختار مشابه سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای ساخته شده بود و تنها ۳.۸٪ بازده داشت. علاوه بر آن به دلیل وجود الکترولیت خورنده،‌این سلول تنها در بازۀ زمانی از مرتبه دقیقه پایدار بود. در سال ۲۰۱۱،‌ پارک و همکارانش با استفاده از ساختاری مشابه به بازده ۶.۵٪ رسیدند.<ref>{{Cite journal|last=Im|first=Jeong-Hyeok|last2=Lee|first2=Chang-Ryul|last3=Lee|first3=Jin-Wook|last4=Park|first4=Sang-Won|last5=Park|first5=Nam-Gyu|date=2011|title=6.5% efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell|url=https://doi.org/10.1039/C1NR10867K|journal=Nanoscale|language=en|volume=3|issue=10|pages=4088|doi=10.1039/c1nr10867k|issn=2040-3364}}</ref>

موفقیت بزرگ در این زمینه زمانی حاصل شد که هنری اسنیت و مایک لی از [[دانشگاه آکسفورد]] دریافتند که پروسکایت در مجاورت یک رسانای حفره حالت جامد مانند اسپایروامتد پایدار است و از سوی دیگر برای ترابرد بار نیازی به لایه مزومتخلخل <chem>TiO2</chem> ندارد. آن‌ها برای سلول برپایۀ <chem>TiO2</chem>به بازده حدود ۱۰٪ درصد و برای سلول ساخته شده برپایۀ‌ لایۀ مزومتخلخل عایق به بازده بیش از ۱۰٪ دست یافتند.<ref>{{Cite journal|last=Lee|first=Michael M.|last2=Teuscher|first2=Joël|last3=Miyasaka|first3=Tsutomu|last4=Murakami|first4=Takurou N.|last5=Snaith|first5=Henry J.|date=2012-11-02|title=Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites|url=http://science.sciencemag.org/content/338/6107/643|journal=Science|language=en|volume=338|issue=6107|pages=643–647|doi=10.1126/science.1228604|issn=0036-8075|pmid=23042296}}</ref>

در سال ۲۰۱۴،‌ طیفی از روش‌های لایه‌نشانی جدید و بازده‌های بیشتر گزارش شدند. به عنوان نمونه یانگ یانگ از [[دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس|دانشگاه کالیفرنیا،‌ لس‌آنجلس]] با استفاده از ساختار صفحه‌ای لایه نازک به بازده ۱۹.۳٪ دست یافت.<ref>{{Cite journal|last=Zhou|first=Huanping|last2=Chen|first2=Qi|last3=Li|first3=Gang|last4=Luo|first4=Song|last5=Song|first5=Tze-bing|last6=Duan|first6=Hsin-Sheng|last7=Hong|first7=Ziruo|last8=You|first8=Jingbi|last9=Liu|first9=Yongsheng|date=2014-08-01|title=Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells|url=http://science.sciencemag.org/content/345/6196/542|journal=Science|language=en|volume=345|issue=6196|pages=542–546|doi=10.1126/science.1254050|issn=0036-8075|pmid=25082698}}</ref> در نوامبر سال ۲۰۱۴ سلول ساخته شده توسط دانشگاه علوم و فناوری کره (KRICT) به بازده ۲۰.۱٪ رسید.

در دسامبر سال ۲۰۱۵،‌ یک رکورد جدید در بازده این نوع سلول‌ها گزارش شد. محققان دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان به بازده ۲۱٪ رسیدند.

در سال ۲۰۱۶ رکورد بازدهی این سلول‌ها توسط محققان دانشگاه علوم و فناوری کره و مؤسسه علوم و فنون ملی اولسان (UNIST) به ۲۲.۱٪ افزایش یافت.

در حال حاضر بیشترین بازده گزارش شده برای این سلول‌ها،‌ ۲۲.۷٪ است.<ref name=":1" />

== پایداری ==
چالش بزرگ سلول‌های خورشیدی پروسکایت،‌ پایداری آن‌ها است. ناپایداری این سلول‌ها عمدتا مربوط به تاثیر شرایط محیطی (رطوبت و اکسیژن)،‌<ref>{{Cite journal|last=Bryant|first=Daniel|last2=Aristidou|first2=Nicholas|last3=Pont|first3=Sebastian|last4=Sanchez-Molina|first4=Irene|last5=Chotchunangatchaval|first5=Thana|last6=Wheeler|first6=Scot|last7=Durrant|first7=James R.|last8=Haque|first8=Saif A.|date=2016|title=Light and oxygen induced degradation limits the operational stability of methylammonium lead triiodide perovskite solar cells|url=https://doi.org/10.1039/C6EE00409A|journal=Energy & Environmental Science|language=en|volume=9|issue=5|pages=1655–1660|doi=10.1039/c6ee00409a|issn=1754-5692}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Chun-Ren Ke|first=Jack|last2=Walton|first2=Alex S.|last3=Lewis|first3=David J.|last4=Tedstone|first4=Aleksander|last5=O'Brien|first5=Paul|last6=Thomas|first6=Andrew G.|last7=Flavell|first7=Wendy R.|date=2017|title=In situ investigation of degradation at organometal halide perovskite surfaces by X-ray photoelectron spectroscopy at realistic water vapour pressure|url=https://doi.org/10.1039/c7cc01538k|journal=Chemical Communications|language=en|volume=53|issue=37|pages=5231–5234|doi=10.1039/c7cc01538k|issn=1359-7345}}</ref> دمایی (ناپایداری ذاتی)‌،‌<ref>{{Cite journal|last=Juarez-Perez|first=Emilio J.|last2=Hawash|first2=Zafer|last3=Raga|first3=Sonia R.|last4=Ono|first4=Luis K.|last5=Qi|first5=Yabing|date=2016|title=Thermal degradation of CH3NH3PbI3 perovskite into NH3 and CH3I gases observed by coupled thermogravimetry–mass spectrometry analysis|url=https://doi.org/10.1039/C6EE02016J|journal=Energy & Environmental Science|language=en|volume=9|issue=11|pages=3406–3410|doi=10.1039/c6ee02016j|issn=1754-5692}}</ref> پتانسیل اعمالی<ref>{{Cite journal|last=Yuan|first=Yongbo|last2=Wang|first2=Qi|last3=Shao|first3=Yuchuan|last4=Lu|first4=Haidong|last5=Li|first5=Tao|last6=Gruverman|first6=Alexei|last7=Huang|first7=Jinsong|date=2015-12-02|title=Electric-Field-Driven Reversible Conversion Between Methylammonium Lead Triiodide Perovskites and Lead Iodide at Elevated Temperatures|url=https://doi.org/10.1002/aenm.201501803|journal=Advanced Energy Materials|language=en|volume=6|issue=2|pages=1501803|doi=10.1002/aenm.201501803|issn=1614-6832}}</ref> و نور (نور فرابنفش<ref>{{Cite journal|last=Matteocci|first=Fabio|last2=Cinà|first2=Lucio|last3=Lamanna|first3=Enrico|last4=Cacovich|first4=Stefania|last5=Divitini|first5=Giorgio|last6=Midgley|first6=Paul A.|last7=Ducati|first7=Caterina|last8=Di Carlo|first8=Aldo|date=2016|title=Encapsulation for long-term stability enhancement of perovskite solar cells|url=https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.09.041|journal=Nano Energy|volume=30|pages=162–172|doi=10.1016/j.nanoen.2016.09.041|issn=2211-2855|via=}}</ref> و مرئی<ref>{{Cite journal|last=Juarez-Perez|first=Emilio J.|last2=Ono|first2=Luis K.|last3=Maeda|first3=Maki|last4=Jiang|first4=Yan|last5=Hawash|first5=Zafer|last6=Qi|first6=Yabing|date=2018|title=Photodecomposition and thermal decomposition in methylammonium halide lead perovskites and inferred design principles to increase photovoltaic device stability|url=https://doi.org/10.1039/C8TA03501F|journal=Journal of Materials Chemistry A|language=en|volume=6|issue=20|pages=9604–9612|doi=10.1039/c8ta03501f|issn=2050-7488}}</ref>) نیز شکنندگی مکانیکی<ref>{{Cite journal|last=Rolston|first=Nicholas|last2=Watson|first2=Brian L.|last3=Bailie|first3=Colin D.|last4=McGehee|first4=Michael D.|last5=Bastos|first5=João P.|last6=Gehlhaar|first6=Robert|last7=Kim|first7=Jueng-Eun|last8=Vak|first8=Doojin|last9=Mallajosyula|first9=Arun Tej|date=2016|title=Mechanical integrity of solution-processed perovskite solar cells|url=https://doi.org/10.1016/j.eml.2016.06.006|journal=Extreme Mechanics Letters|volume=9|pages=353–358|doi=10.1016/j.eml.2016.06.006|issn=2352-4316|via=}}</ref> است. مطالعات زیادی در مورد پایداری این سلول‌ها انجام شده و به نظر می‌رسد برخی از این عوامل مهمتر از باقی عوامل هستند. با این حال پروتکل استانداردی برای تعیین پایداری این سلول‌ها در شرایط کار (هنگامی که سلول در حال استفاده است) وجود ندارد. اخیرا روشی برای کمی کردن پایداری ذاتی شیمیایی پروسکایت‌ها پیشنهاد شده است.<ref>{{Cite journal|last=García-Fernández|first=Alberto|last2=Juarez-Perez|first2=Emilio J.|last3=Castro-García|first3=Socorro|last4=Sánchez-Andújar|first4=Manuel|last5=Ono|first5=Luis K.|last6=Jiang|first6=Yan|last7=Qi|first7=Yabing|date=2018-08-14|title=Benchmarking Chemical Stability of Arbitrarily Mixed 3D Hybrid Halide Perovskites for Solar Cell Applications|url=https://doi.org/10.1002/smtd.201800242|journal=Small Methods|language=en|volume=2|issue=10|pages=1800242|doi=10.1002/smtd.201800242|issn=2366-9608}}</ref>


== جستارهای وابسته ==
== جستارهای وابسته ==
خط ۱۶: خط ۵۶:


== منابع ==
== منابع ==
{{پانویس}}
{{پانویس|چپ‌چین=بله|۳|}}

[[رده:سلول‌های خورشیدی]]
[[رده:سلول‌های خورشیدی]]
[[رده:سلول‌های خورشیدی رنگ‌حساس]]
[[رده:سلول‌های خورشیدی رنگ‌حساس]]

نسخهٔ ‏۲۹ اکتبر ۲۰۱۸، ساعت ۲۰:۲۷

سلول خورشیدی پروسکایت (به انگلیسی: Perovskite solar cell) نوعی سلول خورشیدی که شامل ترکیبی با ساختار پروسکایت می‌شود. این ماده غالبا هیبرید آلی-معدنی هالید سرب یا قلع است. مواد پروسکایت مانند متیل آمونیوم سرب یدید و یا ماده معدنی سزیم سرب یدید، ارزان بوده و فرایند ساخت آسانی دارند.

بازده این سلول‌ها از ۳.۸٪ در سال ۲۰۰۹ [۱] تا ۲۲.۷٪ در سال ۲۰۱۷ برای سلول‌های تک اتصاله[۲] و برای سلول‌‌های تندم با سیلیکون با آرایش ۴ و ۲ ترمیناله به ترتیب به بازده ۲۶.۷٪[۳] و ۲۵.۲٪[۴]،‌ افزایش یافته است. بدین ترتیب سلول‌های خورشیدی پروسکایت، سریع‌ترین فناوری خورشیدی تا به امروز بوده‌اند. به دلیل پتانسیل این فناوری در دستیابی به بازده‌های بیشتر و هزینۀ ساخت پایین‌تر، این سلول‌ها توجه زیادی را از نظر تجاری به خود جلب کرده‌اند.

ویژگی‌ها

پروسکایت‌های هالید فلزی دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که استفاده از آن‌ها در سلول‌های خورشیدی را ؟. مواد خام استفاده شده و نیز روش‌های ساخت (مانند پرینت) هر دو ارزان و کم هزینه هستند.[۵] از سوی دیگر ضریب جذب زیاد این مواد، امکان استفاده از فیلم‌هایی با ضخامت کم (حدود ۵۰۰ نانومتر) را ممکن می‌سازد. به عبارت دیگر، برای جذب کامل نور مرئی تنها به یک فیلم چند صد نانومتری از پروسکایت نیاز است.[۶] ترکیب این ویژگی‌ها امکان ساخت ماژول‌های خورشیدی ارزان، پربازده، نازک،‌ سبک و انعطاف‌پذیر را فراهم می‌سازد.

در سال‌های اولیه تحقیق بر روی این نوع سلول‌ها،‌چالش بزرگ این بود که بزرگترین سلول‌های خورشیدی پروسکایت،‌ به اندازه یک بند انگشت بوده و از سوی دیگر به سرعت نیز در رطوبت هوا تجزیه می‌شدند. در سال ۲۰۱۷، محققان دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان در مقاله‌ای، ساخت ماژولی در ابعاد بزرگ را گزارش کردند که در مدت یک سال بدون هیچ تغییر قابل مشاهده‌ای پایدار باقی مانده بود.[۷] در حال حاضر، این گروه همراه با نهادهای دیگر، در حال توسعه ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت قابل پرینت با بازده ۲۲٪ است که پس از انجام تست‌های پایداری بتواند ۹۰٪ بازدهی خود را حفظ کند.[۸]

مواد

ساختار کریستالی پروسکایت (X هالوژنی مانند ید، برم و یا کلر است). کاتیون متیل آمونیوم () با هشت‌وجهی‌های احاطه شده‌اند.

نام سلول خورشیدی پروسکایت از ساختار کریستالی مادۀ جاذب آن که به نام ساختار پروسکایت شناخته می‌شود،‌ نشئت می‌گیرد. متداول‌ترین جاذب پروسکایت، متیل آمونیوم سرب تری‌هالید (- X یک اتم هالوژن مانند ید، برم و یا کلر است) با گاف انرژی بین ۱.۵ تا ۲.۳ الکترون ولت (وابسته به نوع هالید)‌ هستند. فرمامیدینیوم سرب تری هالید () نیز با گاف انرژی بین ۱.۵ تا ۲.۲ الکترون ولتی مادۀ پرکاربردی در این زمینه است. اولین استفاده از پروسکایت‌ها در سلول‌های خورشیدی،‌ استفاده از به عنوان رسانای حفرۀ نوع p و جاذب در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای بود.[۹] با توجه به نگرانی‌های که در مورد حضور سرب در ساختار پروسکایت‌ها وجود داشت،‌ مطالعاتی نیز بر روی سلول‌های خورشیدی پروسکایت برپایۀ قلع مانند نیز انجام شده است. بازدهی گزارش شده از این نوع سلول‌ها عموما کمتر از سلول‌های برپایۀ سرب بوده است.[۱۰][۱۱]

فرآوری

یکی از مزیت‌های سلول‌های خورشیدی پروسکایت نسبت به سلول‌های خورشیدی سیلیکنی،‌ فراوری آسان آن‌هاست. ساخت سلول‌های خورشیدی سیلیکنی معمولا طی فرایندهای چند مرحله‌ای و گرانی انجام می‌شود که عمدتا نیاز به دماهای زیاد (بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد)، خلا بالا و تجهیزات اتاق تمیز دارند. در حالیکه مواد پروسکایت آلی معدنی با روش‌های آسان‌تر و در محیط آزمایشگاهی قابل ساخت هستند. تا کنون روش‌های مختلفی بر پایۀ‌ محلول و نیز بخار برای ساخت این سلول‌ها استفاده شده است. هر دو نوع این روش‌ها، پتانسیل ساخت سلول در ابعاد بزرگ را دارا هستند.[۱۲][۱۳]

در فرایند یک مرحله‌ای بر پایۀ محلول،‌ سرب هالید و متیل آمونیوم هالید در یک حلال حل شده و سپس بر روی زیرلایه به روش پوشش دورانی،‌ نشانده می‌شود. پس از تبخیر حلال، لایه‌ای پکیده و کریستالی شده باقی می‌ماند. با این وجود، روش پوشش‌دهی دورانی به تنهایی منجر به ایجاد لایه‌ای یکنواخت نمی‌شود بلکه نیاز به مواد شیمیایی دیگری مانند گامابوتیرولاکتون،‌ دی‌متیل سولفواکسید و یا تولوئن نیز است.[۱۴] بدون ریختن قطراتی از این مواد بر روی فیلم درحال چرخش،‌ فیلم نهایی دارای حفره‌ها و نقایصی خواهد بود که در نهایت بازدهی سلول را کاهش می‌دهد.

در روش‌های مبتنی بر فاز بخار، فیلم هالید فلزی در حضور بخار متیل آمونیوم یدید در دمای حدود ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد آنیل می‌شود.[۱۵] در چنین روش‌هایی، فیلم نهایی یکنواختی بیشتری از نظر ضخامت نسبت به روش‌های مبتنی بر محلول دارد.

هر دوی این فرایندها هزینه و پیچیدگی کمتری نسبت به فرایندهای ساخت سلول خورشیدی سیلیکنی دارند. روش‌های تبخیری یا به کمک فاز بخار نیاز به استفاده از حلال را کاهش داده و خطر باقی ماندن حلال در فیلم نهایی را از بین می‌برند. در حالی‌که، روش‌های مبتنی بر محلول ارزان‌تر هستند. مشکل‌ اصلی در زمینۀ ساخت سلول خورشیدی پروسکایت، عدم پایداری این ماده در شرایط استاندارد محیطی است که منجر به کاهش بازدهی این سلول‌ها می‌شود.

فیزیک

یکی از مهمترین مشخصه‌های پروسکایت‌ها،‌ قابلیت تنظیم گاف انرژی با تغییر مقدار و نسبت هالید است.[۱۶] همچنین این مواد دارای طول دیفیوژنی از مرتبۀ یک میکرون، برای الکترون‌ و حفره هستند.[۱۷][۱۸] طول دیفیوژن بزرگ به این معناست که بارها می‌توانند در طول خود پروسکایت در فواصل بزرگ جابه‌جا شوند، از اینرو می‌توان از این مواد در ساختار سلول‌های خورشیدی لایه نازک نیز استفاده نمود. به دلیل انرژی پیوند اکسیتون پایین این مواد، بارها در این مواد غالبا به صورت الکترون آزاد و حفره هستند.

ساختار و معماری سلول‌ها

(a) طرح‌واره‌ای از سلول خورشیدی حساس شده به پروسکایت که در آن لایۀ فعال شامل یک فیلم مزومتخلخل است که با جاذب پروسکایت پوشانده شده است. برای جمع‌آوری الکترون و حفره،‌ این لایه فعال به ترتیب در تماس با یک ماده نیم رسانای نوع n و نوع p قرار می‌گیرد. (b) طرح‌واره‌ای از یک سلول خورشیدی پروسکایت لایه نازک. در این ساختار،‌ لایۀ نازکی از پروسکایت بین دو اتصال ساندویچ شده است. (c) ترابرد بار در ساختار سلول خورشیدی حساس شده. پس از جذب نور در جاذب پروسکایت، الکترون‌های تولید شده به فیلم مزومتخلخل تزریق می‌شوند. حفره‌ها نیز به نیم رسانای نوع p منتقل می‌شوند. (d) تولید و استخراج بار در ساختار لایه نازک. پس از جذب نور،‌ هر دو فرایند تولید و استخراج بار درون فیلم پروسکایت انجام می‌شود.

سلول‌های خورشیدی پروسکایت بسته به نوع نقش پروسکایت در سلول و یا ماهیت الکترودهای بالایی و پایینی، در ساختارهای متفاوتی ساخته می‌شوند. سلول‌هایی که در آن بارهای منفی توسط الکترود شفاف پایینی (آند) استخراج می‌شوند را می‌توان به دو دسته "حساس شده" که در آن پروسکایت عمدتا نقش جاذب نور را داشته و بارها توسط مادۀ دیگری جمع‌آوری می‌شوند،‌ و "لایه نازک" که در آن ترابرد الکترون و یا حفره درون بالک پروسکایت انجام می‌شود،‌ تقسیم کرد. در نوع اول،‌ مشابه فرایند حساس سازی در سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای، پروسکایت به عنوان جاذب بر روی فیلم نیم‌رسانای مزومتخلخل - غالبا - نشانده می‌شود. الکترون‌های تولید شده در اثر تابش نور،‌ از پروسکایت به لایۀ مزومتخلخل منتقل شده و درون این لایه به سمت الکترود حرکت کرده و در مدار خارجی استخراج می‌شوند. در نوع دوم،‌ پس از جذب نور و تولید بار، ترابرد هر دو نوع بار مثبت و منفی و انتقال آن‌ها به الکترودها،‌ درون فیلم پروسکایت انجام می‌شود.دستۀ دیگری از سلول‌های خورشیدی پروسکایت وجود دارد که در آن الکترود شفاف پایینی به عنوان کاتد عمل کرده و بارهای مثبت را جمع‌آوری می‌کند.[۱۹]

تاریخچه

اولین استفاده از مواد پروسکایت در سلول‌های خورشیدی در سال ۲۰۰۹ توسط میاساکا و همکارانش گزارش شد.[۱] این سلول در ساختار مشابه سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای ساخته شده بود و تنها ۳.۸٪ بازده داشت. علاوه بر آن به دلیل وجود الکترولیت خورنده،‌این سلول تنها در بازۀ زمانی از مرتبه دقیقه پایدار بود. در سال ۲۰۱۱،‌ پارک و همکارانش با استفاده از ساختاری مشابه به بازده ۶.۵٪ رسیدند.[۲۰]

موفقیت بزرگ در این زمینه زمانی حاصل شد که هنری اسنیت و مایک لی از دانشگاه آکسفورد دریافتند که پروسکایت در مجاورت یک رسانای حفره حالت جامد مانند اسپایروامتد پایدار است و از سوی دیگر برای ترابرد بار نیازی به لایه مزومتخلخل ندارد. آن‌ها برای سلول برپایۀ به بازده حدود ۱۰٪ درصد و برای سلول ساخته شده برپایۀ‌ لایۀ مزومتخلخل عایق به بازده بیش از ۱۰٪ دست یافتند.[۲۱]

در سال ۲۰۱۴،‌ طیفی از روش‌های لایه‌نشانی جدید و بازده‌های بیشتر گزارش شدند. به عنوان نمونه یانگ یانگ از دانشگاه کالیفرنیا،‌ لس‌آنجلس با استفاده از ساختار صفحه‌ای لایه نازک به بازده ۱۹.۳٪ دست یافت.[۲۲] در نوامبر سال ۲۰۱۴ سلول ساخته شده توسط دانشگاه علوم و فناوری کره (KRICT) به بازده ۲۰.۱٪ رسید.

در دسامبر سال ۲۰۱۵،‌ یک رکورد جدید در بازده این نوع سلول‌ها گزارش شد. محققان دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان به بازده ۲۱٪ رسیدند.

در سال ۲۰۱۶ رکورد بازدهی این سلول‌ها توسط محققان دانشگاه علوم و فناوری کره و مؤسسه علوم و فنون ملی اولسان (UNIST) به ۲۲.۱٪ افزایش یافت.

در حال حاضر بیشترین بازده گزارش شده برای این سلول‌ها،‌ ۲۲.۷٪ است.[۲]

پایداری

چالش بزرگ سلول‌های خورشیدی پروسکایت،‌ پایداری آن‌ها است. ناپایداری این سلول‌ها عمدتا مربوط به تاثیر شرایط محیطی (رطوبت و اکسیژن)،‌[۲۳][۲۴] دمایی (ناپایداری ذاتی)‌،‌[۲۵] پتانسیل اعمالی[۲۶] و نور (نور فرابنفش[۲۷] و مرئی[۲۸]) نیز شکنندگی مکانیکی[۲۹] است. مطالعات زیادی در مورد پایداری این سلول‌ها انجام شده و به نظر می‌رسد برخی از این عوامل مهمتر از باقی عوامل هستند. با این حال پروتکل استانداردی برای تعیین پایداری این سلول‌ها در شرایط کار (هنگامی که سلول در حال استفاده است) وجود ندارد. اخیرا روشی برای کمی کردن پایداری ذاتی شیمیایی پروسکایت‌ها پیشنهاد شده است.[۳۰]

جستارهای وابسته

منابع

  1. ↑ ۱٫۰ ۱٫۱ Kojima, Akihiro; Teshima, Kenjiro; Shirai, Yasuo; Miyasaka, Tsutomu (2009-05-06). "Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells". Journal of the American Chemical Society (به انگلیسی). 131 (17): 6050–6051. doi:10.1021/ja809598r. ISSN 0002-7863.
  2. ↑ ۲٫۰ ۲٫۱ «NREL efficiency chart».
  3. ↑ Ramírez Quiroz, César Omar; Shen, Yilei; Salvador, Michael; Forberich, Karen; Schrenker, Nadine; Spyropoulos, George D.; Heumüller, Thomas; Wilkinson, Benjamin; Kirchartz, Thomas (2018). "Balancing electrical and optical losses for efficient 4-terminal Si–perovskite solar cells with solution processed percolation electrodes". Journal of Materials Chemistry A (به انگلیسی). 6 (8): 3583–3592. doi:10.1039/c7ta10945h. ISSN 2050-7488.
  4. ↑ Sahli, Florent; Werner, Jérémie; Kamino, Brett A.; Bräuninger, Matthias; Monnard, Raphaël; Paviet-Salomon, Bertrand; Barraud, Loris; Ding, Laura; Diaz Leon, Juan J. (2018-06-11). "Fully textured monolithic perovskite/silicon tandem solar cells with 25.2% power conversion efficiency". Nature Materials (به انگلیسی). 17 (9): 820–826. doi:10.1038/s41563-018-0115-4. ISSN 1476-1122.
  5. ↑ Razza, Stefano; Castro-Hermosa, Sergio; Di Carlo, Aldo; Brown, Thomas M. (2016). "Research Update: Large-area deposition, coating, printing, and processing techniques for the upscaling of perovskite solar cell technology". APL Materials (به انگلیسی). 4 (9): 091508. doi:10.1063/1.4962478. ISSN 2166-532X.
  6. ↑ Yin, Wan-Jian; Shi, Tingting; Yan, Yanfa (2014-05-15). "Unique Properties of Halide Perovskites as Possible Origins of the Superior Solar Cell Performance". Advanced Materials (به انگلیسی). 26 (27): 4653–4658. doi:10.1002/adma.201306281. ISSN 0935-9648.
  7. ↑ Grancini, G.; Roldán-Carmona, C.; Zimmermann, I.; Mosconi, E.; Lee, X.; Martineau, D.; Narbey, S.; Oswald, F.; De Angelis, F. (2017-06-01). "One-Year stable perovskite solar cells by 2D/3D interface engineering". Nature Communications. 8. doi:10.1038/ncomms15684. ISSN 2041-1723. PMC 5461484. PMID 28569749.{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:فرمت پارامتر PMC (link)
  8. ↑ «The New Generation of Photovoltaic Cells Entering the Market» (به انگلیسی). دریافت‌شده در ۲۰۱۸-۱۰-۲۹. از پارامتر ناشناخته |وب‌گاه= صرف نظر شد (|وبگاه= پیشنهاد می‌شود) (کمک)
  9. ↑ Chung, In; Lee, Byunghong; He, Jiaqing; Chang, Robert P. H.; Kanatzidis, Mercouri G. (2012). "All-solid-state dye-sensitized solar cells with high efficiency". Nature (به انگلیسی). 485 (7399): 486–489. doi:10.1038/nature11067. ISSN 0028-0836.
  10. ↑ Noel, Nakita K.; Stranks, Samuel D.; Abate, Antonio; Wehrenfennig, Christian; Guarnera, Simone; Haghighirad, Amir-Abbas; Sadhanala, Aditya; Eperon, Giles E.; Pathak, Sandeep K. (2014). "Lead-free organic–inorganic tin halide perovskites for photovoltaic applications". Energy Environ. Sci. (به انگلیسی). 7 (9): 3061–3068. doi:10.1039/c4ee01076k. ISSN 1754-5692.
  11. ↑ Hao, Feng; Stoumpos, Constantinos C.; Cao, Duyen Hanh; Chang, Robert P. H.; Kanatzidis, Mercouri G. (2014-05-04). "Lead-free solid-state organic–inorganic halide perovskite solar cells". Nature Photonics (به انگلیسی). 8 (6): 489–494. doi:10.1038/nphoton.2014.82. ISSN 1749-4885.
  12. ↑ Saidaminov, Makhsud I.; Abdelhady, Ahmed L.; Murali, Banavoth; Alarousu, Erkki; Burlakov, Victor M.; Peng, Wei; Dursun, Ibrahim; Wang, Lingfei; He, Yao (2015-07-06). "High-quality bulk hybrid perovskite single crystals within minutes by inverse temperature crystallization". Nature Communications. 6. doi:10.1038/ncomms8586. ISSN 2041-1723. PMC 4544059. PMID 26145157.{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:فرمت پارامتر PMC (link)
  13. ↑ Snaith, Henry J. (2013-10-14). "Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells". The Journal of Physical Chemistry Letters (به انگلیسی). 4 (21): 3623–3630. doi:10.1021/jz4020162. ISSN 1948-7185.
  14. ↑ Jeon, Nam Joong; Noh, Jun Hong; Kim, Young Chan; Yang, Woon Seok; Ryu, Seungchan; Seok, Sang Il (2014-07-06). "Solvent engineering for high-performance inorganic–organic hybrid perovskite solar cells". Nature Materials (به انگلیسی). 13 (9): 897–903. doi:10.1038/nmat4014. ISSN 1476-1122.
  15. ↑ Chen, Qi; Zhou, Huanping; Hong, Ziruo; Luo, Song; Duan, Hsin-Sheng; Wang, Hsin-Hua; Liu, Yongsheng; Li, Gang; Yang, Yang (2013-12-27). "Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells via Vapor-Assisted Solution Process". Journal of the American Chemical Society (به انگلیسی). 136 (2): 622–625. doi:10.1021/ja411509g. ISSN 0002-7863.
  16. ↑ Eperon, Giles E.; Stranks, Samuel D.; Menelaou, Christopher; Johnston, Michael B.; Herz, Laura M.; Snaith, Henry J. (2014). "Formamidinium lead trihalide: a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells". Energy & Environmental Science (به انگلیسی). 7 (3): 982. doi:10.1039/c3ee43822h. ISSN 1754-5692.
  17. ↑ Stranks, Samuel D.; Eperon, Giles E.; Grancini, Giulia; Menelaou, Christopher; Alcocer, Marcelo J. P.; Leijtens, Tomas; Herz, Laura M.; Petrozza, Annamaria; Snaith, Henry J. (2013-10-18). "Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber". Science (به انگلیسی). 342 (6156): 341–344. doi:10.1126/science.1243982. ISSN 0036-8075. PMID 24136964.
  18. ↑ Liu, Shuhao; Wang, Lili; Lin, Wei-Chun; Sucharitakul, Sukrit; Burda, Clemens; Gao, Xuan P. A. (2016-12-05). "Imaging the Long Transport Lengths of Photo-generated Carriers in Oriented Perovskite Films". Nano Letters (به انگلیسی). 16 (12): 7925–7929. doi:10.1021/acs.nanolett.6b04235. ISSN 1530-6984.
  19. ↑ Xiao, Zhengguo; Bi, Cheng; Shao, Yuchuan; Dong, Qingfeng; Wang, Qi; Yuan, Yongbo; Wang, Chenggong; Gao, Yongli; Huang, Jinsong (2014). "Efficient, high yield perovskite photovoltaic devices grown by interdiffusion of solution-processed precursor stacking layers". Energy Environ. Sci. (به انگلیسی). 7 (8): 2619–2623. doi:10.1039/c4ee01138d. ISSN 1754-5692.
  20. ↑ Im, Jeong-Hyeok; Lee, Chang-Ryul; Lee, Jin-Wook; Park, Sang-Won; Park, Nam-Gyu (2011). "6.5% efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell". Nanoscale (به انگلیسی). 3 (10): 4088. doi:10.1039/c1nr10867k. ISSN 2040-3364.
  21. ↑ Lee, Michael M.; Teuscher, Joël; Miyasaka, Tsutomu; Murakami, Takurou N.; Snaith, Henry J. (2012-11-02). "Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites". Science (به انگلیسی). 338 (6107): 643–647. doi:10.1126/science.1228604. ISSN 0036-8075. PMID 23042296.
  22. ↑ Zhou, Huanping; Chen, Qi; Li, Gang; Luo, Song; Song, Tze-bing; Duan, Hsin-Sheng; Hong, Ziruo; You, Jingbi; Liu, Yongsheng (2014-08-01). "Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells". Science (به انگلیسی). 345 (6196): 542–546. doi:10.1126/science.1254050. ISSN 0036-8075. PMID 25082698.
  23. ↑ Bryant, Daniel; Aristidou, Nicholas; Pont, Sebastian; Sanchez-Molina, Irene; Chotchunangatchaval, Thana; Wheeler, Scot; Durrant, James R.; Haque, Saif A. (2016). "Light and oxygen induced degradation limits the operational stability of methylammonium lead triiodide perovskite solar cells". Energy & Environmental Science (به انگلیسی). 9 (5): 1655–1660. doi:10.1039/c6ee00409a. ISSN 1754-5692.
  24. ↑ Chun-Ren Ke, Jack; Walton, Alex S.; Lewis, David J.; Tedstone, Aleksander; O'Brien, Paul; Thomas, Andrew G.; Flavell, Wendy R. (2017). "In situ investigation of degradation at organometal halide perovskite surfaces by X-ray photoelectron spectroscopy at realistic water vapour pressure". Chemical Communications (به انگلیسی). 53 (37): 5231–5234. doi:10.1039/c7cc01538k. ISSN 1359-7345.
  25. ↑ Juarez-Perez, Emilio J.; Hawash, Zafer; Raga, Sonia R.; Ono, Luis K.; Qi, Yabing (2016). "Thermal degradation of CH3NH3PbI3 perovskite into NH3 and CH3I gases observed by coupled thermogravimetry–mass spectrometry analysis". Energy & Environmental Science (به انگلیسی). 9 (11): 3406–3410. doi:10.1039/c6ee02016j. ISSN 1754-5692.
  26. ↑ Yuan, Yongbo; Wang, Qi; Shao, Yuchuan; Lu, Haidong; Li, Tao; Gruverman, Alexei; Huang, Jinsong (2015-12-02). "Electric-Field-Driven Reversible Conversion Between Methylammonium Lead Triiodide Perovskites and Lead Iodide at Elevated Temperatures". Advanced Energy Materials (به انگلیسی). 6 (2): 1501803. doi:10.1002/aenm.201501803. ISSN 1614-6832.
  27. ↑ Matteocci, Fabio; Cinà, Lucio; Lamanna, Enrico; Cacovich, Stefania; Divitini, Giorgio; Midgley, Paul A.; Ducati, Caterina; Di Carlo, Aldo (2016). "Encapsulation for long-term stability enhancement of perovskite solar cells". Nano Energy. 30: 162–172. doi:10.1016/j.nanoen.2016.09.041. ISSN 2211-2855.
  28. ↑ Juarez-Perez, Emilio J.; Ono, Luis K.; Maeda, Maki; Jiang, Yan; Hawash, Zafer; Qi, Yabing (2018). "Photodecomposition and thermal decomposition in methylammonium halide lead perovskites and inferred design principles to increase photovoltaic device stability". Journal of Materials Chemistry A (به انگلیسی). 6 (20): 9604–9612. doi:10.1039/c8ta03501f. ISSN 2050-7488.
  29. ↑ Rolston, Nicholas; Watson, Brian L.; Bailie, Colin D.; McGehee, Michael D.; Bastos, João P.; Gehlhaar, Robert; Kim, Jueng-Eun; Vak, Doojin; Mallajosyula, Arun Tej (2016). "Mechanical integrity of solution-processed perovskite solar cells". Extreme Mechanics Letters. 9: 353–358. doi:10.1016/j.eml.2016.06.006. ISSN 2352-4316.
  30. ↑ García-Fernández, Alberto; Juarez-Perez, Emilio J.; Castro-García, Socorro; Sánchez-Andújar, Manuel; Ono, Luis K.; Jiang, Yan; Qi, Yabing (2018-08-14). "Benchmarking Chemical Stability of Arbitrarily Mixed 3D Hybrid Halide Perovskites for Solar Cell Applications". Small Methods (به انگلیسی). 2 (10): 1800242. doi:10.1002/smtd.201800242. ISSN 2366-9608.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=سلول_خورشیدی_پروسکایت&oldid=24738876»