یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ملی سنگاپور یک سلول خورشیدی دو رشته‌ای پروسکایت-آلی جدید توسعه داده‌اند که برای دستیابی به راندمان تبدیل توان (PCE) 26.4٪ در یک سطح فعال 1 سانتی‌متر مربع تأیید شده است - که یک رکورد جهانی جدید برای چنین دستگاه‌هایی را ثبت می‌کند. یافته‌ها در آخرین شماره مجله نیچر منتشر شده است.

این تیم تأکید کرد که سلول پشت سر هم تازه توسعه یافته، فوق نازکی و انعطاف‌پذیری را با هم ترکیب می‌کند و امکان ادغام مستقیم در تجهیزات مبتنی بر هوش مصنوعی مانند پهپادها، پارچه‌های هوشمند و دستگاه‌های پوشیدنی را در آینده برای تأمین انرژی پاک فراهم می‌کند.

نوآوری انقلابی: جاذب آلی با شکاف باند باریک

در هسته این پیشرفت، جاذب آلی پیشگام این تیم با شکاف باند باریک قرار دارد. این جاذب که به عنوان یک "تله فوتون" دقیق عمل می‌کند، فوتون‌ها را در ناحیه نزدیک به مادون قرمز (NIR) به طور مؤثر جذب می‌کند و با موفقیت بر یک تنگنای فنی دیرینه در توسعه سلول‌های خورشیدی پشت سر هم لایه نازک غلبه می‌کند.

در حالی که شکاف‌های باند قابل تنظیم پروسکایت و مواد نیمه‌هادی آلی پتانسیل عبور از محدودیت‌های نظری راندمان را دارند، جذب پایین NIR به طور مداوم مانع پیشرفت شده است.

طراحی مولکولی نوآورانه

برای پرداختن به این چالش، تیم یک پذیرنده آلی نامتقارن ابداع کرد. این ساختار نه تنها محدوده جذب نور را به نواحی عمیق NIR گسترش می‌دهد، بلکه نیروی محرکه جداسازی بار کافی را نیز حفظ می‌کند و در عین حال امکان ترازبندی مولکولی بسیار منظم را فراهم می‌کند. از طریق طیف‌سنجی فوق سریع و تجزیه و تحلیل فیزیک دستگاه، تیم تأیید کرد که این طرح به جمع‌آوری بار کارآمد با حداقل اتلاف انرژی دست می‌یابد.

ادغام دستگاه و عملکرد

در عمل، محققان این زیرسلول آلی با کارایی بالا را با یک سلول پروسکایت بالایی ترکیب کردند و آنها را از طریق یک لایه میانی اکسید رسانای شفاف ادغام کردند. نتایج کلیدی عبارتند از:

● ۲۷.۵٪ PCE برای یک میکرودستگاه ۰.۰۵ سانتی‌متر مربعی

● ۲۶.۷٪ PCE برای یک دستگاه استاندارد ۱ سانتی‌متر مربعی

● ۲۶.۴٪ راندمان تأیید شده مستقل برای سلول ۱ سانتی‌متر مربعی

این دستاورد نه تنها رکورد سلول‌های پشت سر هم پروسکایت-آلی را می‌شکند، بلکه از سلول‌های پروسکایت-CIGS با اندازه مشابه و پروسکایت تک اتصالی نیز بهتر عمل می‌کند.