(*پروسکایت : این ماده غالباً 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.)

در ماه اوت گذشته، هولدینگ پاناسونیک آزمایش و نمایش نسخه اولیه مواد مبدل نور به الکتریستۀ پروسکایت خود را آغاز کرد. نمونه اولیه به شکل پانل های نرده شیشه ای نیمه شفاف در بالکن یک خانه مدل در جنوب توکیو است. این پانل ها که هر کدام نزدیک به یک متر ارتفاع و نزدیک به 4 متر عرض دارند، تنها یکی از راه هایی است که پاناسونیک قصد دارد با آن وارد تجارت *فتوولتائیک ترکیبی با ساختمان (BIPV) شود.

(*فوتوولتیک‌های ترکیبی با ساختمان (BIPV): یک نوع مصالح و مواد فوتوولتیک هستند که برای جایگزین کردن مواد قدیمی و سنتی در بخش‌هایی از پوشش ساختمان مثل پشت بام، پنجره‌های شیروانی (سقف) یا سر در و نمای خانه‌ها، به کار می‌روند.)

یوکیهیرو کانکو، مدیر کل مرکز فناوری و مواد کاربردی پاناسونیک می گوید: قرار دادن پروسکایت بین شیشه به این معنی است که می تواند به عنوان نماها و دیوارهای واقعی یک ساختمان عمل کند و در عین حال برای استفاده در محل یا صادرات به شبکه برق تولید کند. او اضافه می‌کند که پاناسونیک می‌تواند سطح شفافیت مواد را در طول فرآیند ساخت، با توجه به نیاز مشتری تغییر دهد، که می‌تواند آن را برای استفاده به عنوان پنجره مناسب کند.

استفان دی ولف، استاد مهندسی مواد در دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله (KAUST)، در عربستان سعودی می‌گوید: «با توجه به شفافیت پروسکایت، آنچه که تفاوت ایجاد می‌کند، مقدار فاصله باند است. برای سیلیکون با ضخامت معمولی (100 تا 150 میکرومتر)، تمام فوتون های قابل مشاهده موجود را با ولتاژ 1.2 الکترون ولت جذب می کند. برای پروسکایت، فاصله باند معمولاً حداقل 1.5 ولت است که امکان انتقال بخش قرمز طیف را فراهم می کند. علاوه بر این، پروسکایت را می توان به صورت الگو چاپ کرد که به آن اجازه می دهد به عنوان یک فیلتر با تراکم خنثی [برای مدیریت رنگ] عمل کند.

اما با توجه به رابطه خطی میان نرخ شفافیت و راندمان تبدیل انرژی پانل پروسکایت ، یک نقطه ضعف وجود دارد. به به عنوان مثال، اگر در پانلی که بازده تبدیل انرژی ۲۰ درصد دارد، به شفافیت ۵۰ درصدی نیاز باشد، در واقع بازده تبدیل انرژی به ۱۰ درصد کاهش می یابد.

واژه پروسکایت به خانواده ای از ترکیبات اشاره دارد و هنگامی که در سلول های خورشیدی استفاده می شود، این مواد به دلیل شباهت ساختاری آنها به ماده معدنی به نام پروسکایت که در سال 1839 در روسیه کشف شد، پروسکایت نامیده می شوند. پاناسونیک نسخه مخصوص به خود از این ماده را با هم کاری سازمان توسعه فن آوری صنعتی و انرژی های نو ژاپن توسعه داده است. در سال ۲۰۲۰، پاناسونیک به رکورد بازده تبدیل ۱۷.۹ درصدی برای یک پنل پروسکایتی با ابعاد بزرگ دست یافت.

در حالی که امروزه به طور معمول از سیلیکون برای پانل های خورشیدی استفاده می شود، پروسکایت مزایای متعددی ، از جمله روش های ساخت ساده تر، هزینه های تولید کمتر، قابلیت طراحی انعطاف پذیر، پتانسیل بازده تبدیل انرژی بالاتر و عدم نیاز به فلزات خاکی کمیاب را داراست. اما دارای معایبی نیز می باشد، به ویژه اینکه این مواد در معرض گرما، رطوبت یا برف کارایی خود را از دست می دهند . به عبارت دیگر، همان شرایطی که محصولات فتوولتائیک ترکیبی با ساختمان پاناسونیک دائماً با آن مواجه خواهند شد.

برای مقابله با این موضوع، پاناسونیک از دو روش برای محافظت از دستگاه های فتوولتائیک ترکیبی با ساختمان خود در برابر عوامل آب و هوایی استفاده می کند.

یوکیهیرو کانکو می‌گوید: «از نظر ماده، ما با دوپینگ پروسکایت با اتم‌های خاصی مانند سزیم و روبیدیم، ماده‌ای قوی ایجاد کرده‌ایم.» نتایج تحقیقاتی که منجر به این توسعه شد، و همچنین نرخ بازده تبدیل انرژی به دست آمده 20.8 درصدی، در 11 ژانویه 2019 در نشریه Advanced Materials منتشر شد.

کانکو می‌افزاید: «و علاوه بر دستیابی به پایداری حرارتی بالا، شیشه‌های معماری کاملاً مهر و موم شده است و از پروسکایت در برابر رطوبت و هوا محافظت می‌کنند. همچنین دوجداره کردن شیشه ها به پانل ها استحکام می بخشد.»

پاناسونیک برای ساخت پنل های خورشیدی از ترکیبی از چاپ لیزری متناوب و چاپ جوهرافشان برای ساخت مدارات ولتایی پروسکایت استفاده می کند. روی یک ورقه شیشه، لیزر ابتدا الگوی یک لایه اکسید رسانای شفاف را نشان می دهد که چاپگر جوهرافشان آن را قرار می دهد. سپس، یک لایه انتقال الکترون حک می شود و مواد انتقال الکترون قرار می گیرند. پس از آن لایه پروسکایت و سپس چاپ مواد لایه انتقال حفره و غیره تا زمانی که مدار سلول خورشیدی کامل شود و ورقه شیشه ای دوم به آن متصل و مهر و موم شود ادامه می یابد.

کانکو می‌گوید: «این روش فرآیند ما را قادر می‌سازد تا از نظر اندازه، شفافیت و طراحی انعطاف‌پذیر باشیم.»

کانکو می گوید پاناسونیک در حال دریافت بازخورد از مشتریان بالقوه خود در رابطه با نمونه اولیه پنل های نرده ای و درخواست برای آزمایش پنل هایی با ابعاد مختلف است. از ماه آوریل آینده، پاناسونیک یک خط تولید آزمایشی برای پنل های ۱ تا ۱.۸ متری راه اندازی خواهد کرد و احتمالا مواد و طراحی را براساس بازخورد آزمایش های در حال انجام این شرکت ارتقا خواهد داد. در نهایت، او تخمین می زند که آن ها قادر به تولید پنل هایی به بزرگی ۱.۸ تا ۴ متر خواهند بود.

استراتژی این شرکت اجتناب از رقابت مستقیم با تولیدکنندگان چینی پانل‌های سیلیکونی و پروسکایتی است که در تولید پانل‌های استاندارد با هزینه کم هیچ همتایی ندارند. در عوض، کانکو می‌گوید: «در تجارت محصولات فتوولتائیک ترکیبی با ساختمان ، ساختمان‌های مختلف به پنجره‌ها و دیوارهایی با اندازه‌های متفاوت نیاز دارند. روش تولید جوهر افشان منعطف ما به این معنی است که می‌توانیم پنل‌های خورشیدی خود را برای برآورده کردن چنین نیازهایی سفارشی سازی کنیم.»

پروفسور کاست دی ولف می گوید:« محصولاتفتوولتائیک ترکیبی با ساختمانیک بازار جذاب است و می تواند نقطه ورود معنی داری برای فناوری های پروسکایت و به طور کلی محصولاتفتوولتائیک باشد. همچنین ممکن است از این فناوری‌ها برای جلوگیری از ورود گرما به ساختمان و کاهش نیاز به تهویه مطبوع استفاده شود. و از آنجایی که پروسکایت قابل چاپ است، امکاناتی را برای ترکیب کارایی با زیبایی ظاهری ارائه می دهد.»

پاناسونیک قصد دارد محصولات فتوولتائیک ترکیبی با ساختمان خود را ظرف پنج سال تجاری سازی کند، در این مرحله شرکت انتظار دارد نرخ تبدیل انرژی سلول های خورشیدی پروسکایتی اش نزدیک به 20 درصد باشد.

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .