پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند تبریز با توجه به نیاز جدی به توسعه منابع انرژی ارزان‌قیمت و تجدیدپذیر، روشی ساده، کم‌هزینه و با قابلیت مقیاس‌پذیری را برای سنتز لایه‌های جاذب نور سلول‌های خورشیدی پروسکایتی توسعه دادند.
دانشگاه صنعتی سهند تبریز: روشی ساده و سبز در توسعه سلول‌های خورشیدی پروسکایتی
فرزاد نصیرپوری استاد تمام گروه مهندسی مواد دانشگاه صنعتی سهند تبریز درباره لزوم انجام این طرح گفت: «افزایش تقاضای انرژی و نگرانی‌ها در مورد گرمایش جهان، نیاز جدی به توسعه منابع انرژی ارزان‌قیمت و تجدیدپذیر را ناگزیر کرده است که انرژی خورشیدی از جمله مهم‌ترین و در دسترس‌ترین این منابع است، لذا فناوری‌های جدید توسعه‌یافته برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته، توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده‌اند. سلول‌های خورشیدی پروسکایتی جدیدترین نسل سلول‌های خورشیدی هستند که از جهت پیشرفت سریع در بازده و عملکرد، از فناوری‌های قبلی پیشی گرفته‌اند. مانند هر فناوری دیگری، یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در مسیر این سلول‌ها، قابلیت تولید در مقیاس بزرگ و صنعتی است. در کار حاضر، با دنبال کردن این هدف، روش ساده و مقیاس‌پذیر حمام شیمیایی برای سنتز لایه پروسکایت توسعه داده شد. سلول خورشیدی ساخته شده با این روش، تحت شرایط استاندارد تابش، بازدهی معادل ۳۵/۱۱% را نشان داد.»
وی اشاره کرد: «نتایج حاصل از این کار امکان تهیه پروسکایت با روش حمام شیمیایی را نشان داد که این روش، از یک طرف نیاز به استفاده از حلال‌های پرخطر را حذف کرده و از طرف دیگر به خاطر ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر بودن امکان تعمیم به ابعاد بزرگتر را دارا است.»
میزان تابش خورشید در ایران بالاتر از میانگین جهانی است و این ظرفیت بالای انرژی خورشیدی باعث شده است که در سال‌های اخیر، برنامه‌ریزی‌هایی برای استفاده از انرژی خورشیدی برای تأمین انرژی در داخل کشور انجام شود. لذا توجه به ابداعات و نوآوری‌های جدید در این زمینه برای کاهش هزینه‌های ساخت سلول‌های خورشیدی و افزایش توان خروجی سلول‌ها بسیار حائز اهمیت است.
نصیرپوری درباره مزایای این طرح گفت: «اکثر روش‌های گزارش‌شده برای تولید لایه‌های پروسکایت به‌کار‌رفته در ابزارهای با بازدهی بالا، علاوه بر مشکل محدودبودن به مقیاس آزمایشگاهی، بر پایه استفاده از حلال‌های آلی با نقطه جوش بالا هستند. این ترکیبات سمی و به خاطر امکان جذب از طریق پوست بسیار خطرناک هستند. تجاری‌سازی و تولید در مقیاس بزرگ سلول‌های خورشیدی پروسکایتی باید بر این اصل استوار باشد که حلال‌های ذکرشده با حلال‌های کم‌ضررتر و کم‌خطرتر جایگزین شوند. لذا توسعه روشی که هم قابلیت صنعتی‌شدن داشته باشد و هم نیاز به استفاده از حلال‌های سمی را حذف کند، در جهت توسعه و قابلیت تولید در مقیاس بالا ضرورت دارد.»
پژوهشگر دانشگاه صنعتی سهند درباره تجاری‌شدن این طرح گفت: «در این مرحله طرح در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفته است. ولی با توجه به اینکه روش غوطه‌وری در حمام شیمیایی (Chemical Bath Deposition) به راحتی قابلیت تبدیل به مقیاس صنعتی را دارد و همچنین در فرآیند پیشنهادی یکی از حلال‌های سمی برای تهیه لایه پروسکایت حذف شده است، لذا می‌توان پس از طی مراحل لازم به تولید صنعتی این سلول‌ها وارد شد. در صورت تجاری‌شدن این سلول‌ها، نتایج حاصل می‌تواند در فرآیند سبز ساخت لایه هیبرید ارگانومتاتیک جاذب نور برای سلول‌های خورشیدی پروسکایتی استفاده شود.»
علاوه بر روش غوطه‌وری در حمام شیمیایی، این گروه پژوهشی موفق به تولید لایه‌های پروسکایتی با دیدگاه حذف حلال سمی و استفاده از روش مقرون‌به‌صرفه و با قابلیت تجاری‌سازی شده است که در آن لایه‌نشانی الکتروشیمیایی (یا همان آبکاری الکتریکی) به‌طور موفقیت‌آمیزی منجر به تولید و ساخت سلول‌های خورشیدی با عملکرد قابل‌قبول شده و در مقاله‌ای در مجله معتبر Chemical Engineering Journal به چاپ رسیده است.
فرزاد نصیرپوری درباره طرحی برای ادامه کار گفت: « بهینه‌سازی‌های بعدی فرایند از جمله بهبود بازده، تعمیم روش به لایه‌نشانی پروسکایت در ابعاد بزرگتر و همچنین افزایش پایداری سلول‌ها و قابلیت تجاری‌سازی فرآیند سبز تولید، از جمله طرح‌های پیشنهادی برای ادامه این پژوهش است.»
مقاله منتشرشده، حاصل پایان‌نامه مقطع دکترای مهندسی مواد بوده که فاز عملی پروژه در دانشگاه صنعتی سهند و یک دوره فرصت مطالعاتی در دانشگاه یونیست کره جنوبی انجام گرفته است. این پروژه با همکاری دکتر ساحل گوزل‌زاده دانش‌آموخته دکتری مهندسی مواد دانشگاه صنعتی سهند تبریز به عنوان نویسنده اول، دکتر فرزاد نصیرپوری استاد تمام گروه مهندسی مواد این دانشگاه به عنوان نویسنده مسئول و دکتر سانگ ایل سئوک استاد تمام گروه شیمی دانشگاه یونیست کره جنوبی به عنوان نویسنده همکار انجام شده که در مقاله‌ای با عنوان Towards environmental friendly multi-step processing of efficient mixed-cation mixed halide perovskite solar cells from chemically bath deposited lead sulphide در مجله Scientific Reports به چاپ رسیده است.
