تیمی از پژوهشگران دانشگاه کوئینزلند (The University of Queensland) به رهبری پروفسور لیانژو وانگ (Lianzhou Wang) موفق شدند با دستیابی به کارایی ۱۶.۶۵ درصدی در سلول‌های خورشیدی پروسکایت بدون سرب، رکورد جهانی جدیدی را در این حوزه به ثبت برسانند. این موفقیت بزرگ، گامی اساسی در مسیر توسعه فناوری‌های خورشیدی ایمن‌تر و سازگارتر با محیط‌ زیست تلقی می‌شود.

این پژوهش که در مؤسسه استرالیایی زیست‌مهندسی و نانوفناوری (Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology – AIBN) و در مدرسه مهندسی شیمی دانشگاه کوئینزلند انجام شده، از پروسکایت‌های مبتنی بر قلع استفاده کرده است؛ ماده‌ای غیرسمی که به عنوان جایگزینی ایمن برای ترکیبات سربی در نسل جدید سلول‌های خورشیدی مطرح شده است.

پروفسور وانگ درباره این دستاورد گفت: «دستیابی به چنین کارایی بالایی با استفاده از پروسکایت قلع که ماده‌ای غیرسمی است، نشان می‌دهد می‌توان به فناوری‌های خورشیدی با عملکرد بالا و در عین حال ایمن برای انسان و طبیعت دست یافت.»

پروسکایت‌ها سال‌هاست که به‌عنوان جایگزینی مقرون‌به‌صرفه و با بازده بالا برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی سنتی مورد توجه قرار گرفته‌اند. سلول‌های مبتنی بر سرب، موفقیت‌هایی چشمگیر در زمینه کارایی (بیش از ۲۵ درصد) کسب کرده‌اند؛ اما نگرانی‌های گسترده‌ای در مورد سمیت سرب و اثرات مخرب زیست‌محیطی آن، جامعه علمی را به سمت یافتن گزینه‌های ایمن‌تر سوق داده است.

پروفسور وانگ در ادامه افزود: پروسکایت‌های سربی اگرچه کارایی بالایی داشته‌اند، اما استفاده از سرب خطر آلودگی شدید محیط‌ زیست را در پی دارد. یافته‌های ما با استفاده از قلع، راهکاری ایمن و امیدوارکننده ارائه می‌دهد؛ بدون آن‌که عملکرد را فدای ایمنی کنیم.

یکی از چالش‌های بزرگ در استفاده از قلع به‌جای سرب، ناپایداری شیمیایی بالای قلع است. دکتر پنگ چن (Peng Chen)، پژوهشگر مؤسسه AIBN، درباره این مشکل توضیح داد: قلع به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد و تخریب می‌شود؛ اتفاقی که کارایی سلول و عمر عملکردی آن را کاهش می‌دهد. ما با استفاده از رویکرد شیمیایی کلوئیدی و بهره‌گیری از عنصر سزیم، نحوه تشکیل ماده را به‌دقت کنترل کردیم تا فیلم‌های باکیفیت‌تری از قلع تولید کنیم. این فیلم‌ها، سلول‌هایی پایدارتر و با بازده بالاتر را امکان‌پذیر ساختند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه کوئینزلند پیش‌تر نیز با استفاده از نقطه‌های کوانتومی، رکوردهای نوینی را در حوزه انرژی پاک ثبت کرده بود. اکنون با این موفقیت جدید، مسیر هموارتر شده است تا سلول‌های خورشیدی بدون سرب بتوانند در آینده‌ای نزدیک وارد بازارهای تجاری شوند.

پروفسور وانگ اظهار کرد: بزرگ‌ترین مانع در مسیر قلع، همیشه کارایی پایین آن نسبت به سرب بوده است. حالا ما در حال کاهش این فاصله هستیم و افق‌های جدیدی را پیش روی فناوری خورشیدی می‌گشاییم. از پنل‌های انعطاف‌پذیر گرفته تا کاربردهای داخلی در نور کم، این فناوری می‌تواند امکاناتی را فراهم کند که با مواد مبتنی بر سرب ممکن نبود.

اگرچه این رکورد جهانی نویدبخش آینده‌ای درخشان است، اما پژوهشگران تاکید دارند که برای استفاده تجاری از این فناوری، باید دوام سلول‌ها افزایش یابد و فرایندهای تولید صنعتی بهینه شوند.

دکتر چن گفت: این رکورد نشان می‌دهد که ما در حال پشت‌ سر گذاشتن موانع کلیدی استفاده از قلع هستیم. اما برای تجاری‌سازی، باید روی بهبود بیشتر پایداری و کارایی تمرکز کنیم.

این تیم اکنون بر روی طراحی نسخه‌های قابل انعطاف از سلول‌ها، کاربردهای خانگی با شدت نور کم و سیستم‌هایی با امکان تولید در مقیاس انبوه تمرکز کرده‌ است.