با هزینه زیست محیطی بالای منابع انرژی متعارف و عرضه محدود سوخت های فسیلی، اهمیت منابع انرژی تجدیدپذیر در سال های اخیر بسیار آشکارتر شده است. با این حال، بهره برداری کارآمد از انرژی خورشیدی برای استفاده انسان کار دشواری بوده است. در حالی که سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون را می توان برای جذب انرژی نور خورشید استفاده کرد، تولید آنها در مقیاس صنعتی پرهزینه است. تحقیقات از واحد مواد انرژی و علوم سطحی در دانشگاه فارغ التحصیلان موسسه علوم و فناوری اوکیناوا (OIST)، به سرپرستی پروفسور. Yabing Qi بر روی استفاده از فیلم‌های پروسکایت آلی فلزی هالید در سلول‌های خورشیدی تمرکز کرده است. این لایه‌های پروسکایت مواد بسیار کریستالی هستند که می‌توانند توسط تعداد زیادی از ترکیبات شیمیایی مختلف تشکیل شوند و با هزینه کم رسوب کنند. انتشارات اخیر از آزمایشگاه پروفسور Qi سه حوزه مختلف از نوآوری در تحقیقات فیلم پروسکایت را پوشش می دهد: یک درمان جدید پس از بازپخت برای افزایش کارایی و پایداری پروسکایت، کشف محصولات تجزیه یک پروسکایت خاص، و یک ابزار جدید برای تولید پروسکایت که حفظ می کند. راندمان خورشیدی هنگام افزایش مقیاس.
برای اینکه فیلم‌های پروسکایتی به عنوان سلول‌های خورشیدی مفید باشند، باید بتوانند انرژی خورشیدی را با راندمان بالا که مقرون به صرفه است، جمع‌آوری کنند، تولید نسبتاً آسانی داشته باشند، و بتوانند برای مدت طولانی در برابر محیط بیرون مقاومت کنند. دوره زمانی. دکتر یان جیانگ در آزمایشگاه پروفسور Qi اخیراً تحقیقی را در Materials Horizons منتشر کرده است که ممکن است به افزایش بازده خورشیدی پروسکیت آلی-فلز هالید MAPbI3 کمک کند.او کشف کرد که استفاده از محلول متیل آمین در طول پس از بازپخت منجر به کاهش مشکلات مربوط به مرز دانه ها می شود. مرزهای دانه به صورت شکاف بین حوزه های کریستالی ظاهر می شوند و می توانند به نوترکیب بار ناخواسته منجر شوند. این یک اتفاق رایج در فیلم‌های پروسکایت است و می‌تواند کارایی آنها را کاهش دهد و بهبود مسائل مرز دانه‌ای را برای حفظ عملکرد بالای دستگاه ضروری می‌کند. درمان جدید دکتر جیانگ پس از بازپخت سلول‌های خورشیدی را تولید کرد که مرزهای دانه‌ها را ذوب کرده بودند، نوترکیب بار را کاهش دادند و راندمان تبدیل فوق‌العاده 18.4% را نشان دادند. فیلم‌های پروسکایت درمان‌شده او نیز پایداری و تکرارپذیری استثنایی از خود نشان دادند و روش او را برای تولید صنعتی سلول‌های خورشیدی مفید ساختند.
یکی از بزرگترین معایب استفاده از پروسکایت ها در مقایسه با سیلیکون در سلول های خورشیدی طول عمر نسبتا کوتاه آنهاست. به منظور ایجاد یک سلول خورشیدی که بتواند در مدت زمان طولانی در برابر محیط بیرون مقاومت کند، تعیین محصولات اصلی تجزیه پروسکایت بسیار مهم است.تحقیقات قبلی روی MAPbI3 فیلم پروسکایت به این نتیجه رسید که محصولات گازی تجزیه حرارتی این ماده متیلامین است (CH3NH 2) و هیدروژن یدید (HI). با این حال، تحقیقات جدید و مهیج از دکتر امیلیو جی. خوارز-پرز، همچنین در آزمایشگاه پروفسور Qi، که در Science & Environmental Science منتشر شده است، نشان می دهد که محصولات گازی اصلی تجزیه متیلیدید هستند (CH3 I) و به جای آن آمونیاک (NH3). دکتر Juarez-Perez از ترکیبی از آنالیز حرارتی دیفرانسیل گرانشی حرارتی (TG-DTA) و طیف سنجی جرمی (MS) استفاده کرد تا هم از دست دادن جرم و هم ماهیت شیمیایی این محصولات را به درستی تعیین کند. از آنجایی که محصولات تجزیه در حال حاضر به درستی شناسایی شده اند، محققان می توانند به دنبال راه هایی برای جلوگیری از تخریب مواد باشند که منجر به مواد پایدارتری برای استفاده در آینده می شود.
یک مشکل فراگیر در تحقیقات آکادمیک اغلب ناتوانی در افزایش مقیاس آزمایش ها برای استفاده در صنعت است. در حالی که فیلم های پروسکایت را می توان با سهولت نسبی در مقیاس کوچک در آزمایشگاه ساخت، تکثیر آنها در مقیاس بزرگ مورد نیاز برای تولید انبوه دشوار است.تحقیقات جدید دکتر متیو لیدن در مجله مواد شیمی A این پتانسیل را دارد که تولید صنعتی پروسکیت ها را بسیار آسان کند. کار او از رسوب شیمیایی بخار، فرآیندی مقرون به صرفه که معمولاً در صنعت استفاده می شود، برای ایجاد سلول های خورشیدی بزرگ و ماژول های پروسکایت FAPbI3 استفاده می کند. این یکی از اولین نمایش‌های سلول‌ها و ماژول‌های خورشیدی پروسکایتی است که با روشی به‌طور گسترده در صنعت ساخته شده‌اند و تولید انبوه فیلم‌های پروسکایت را امکان‌پذیرتر می‌کنند. سلول‌ها و ماژول‌های خورشیدی تولید شده به‌طور قابل‌توجهی بزرگ‌تر هستند، به‌عنوان مثال، 12 سانتی‌متر2، نسبت به مواردی که معمولاً در دانشگاه مورد مطالعه قرار می‌گیرند، معمولاً <0.3cm2 این ماژول‌های خورشیدی پایداری حرارتی افزایش یافته و راندمان نسبتاً بالا را نشان می‌دهد، که بسیار چشمگیر است زیرا بسیاری از سلول‌های خورشیدی پروسکایت کارایی خود را با افزایش مقیاس به شدت از دست می‌دهند و این نوع تحقیقات را برای اهداف تجاری مفید می‌سازد.
تحقیقات واحد تحقیقاتی پروفسور Qi با ارائه راه‌حل‌هایی برای مشکلات کارایی، طول عمر و مقیاس‌پذیری، سلول‌های خورشیدی پروسکایت را یک قدم به تولید انبوه نزدیک‌تر کرده است.با تحقیقات هیجان انگیز تر در افق، این واحد رویای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مقرون به صرفه را به واقعیت تبدیل می کند.
