سولارابيك – كندا – أبريل 2022: استفاد باحثون من كلية العلوم التطبيقية والهندسة في جامعة «تورنتو – Toronto» من قوانين ميكانيك الكم، لتحسين الطبقة النشطة الموجودة داخل خلية بيروفسكيت الشمسية المقلوبة، وكانت كفاءة الخلية الناتجة حوالي 23.9%.
يهدف المشروع لتطوير واعتماد تقنيات كهروضوئية بديلة لتصنيع الخلايا الشمسية تتطلب طاقة أقل وتكاليفها منخفضة.
الفرق بين النموذج الأولي والحالي لخلية البيروفسكيت
النموذج الأولي
تخرج الإلكترونات في معظم نماذج خلايا البيروفسكيت الشمسية من الطبقة السفلية للخلية تاركة خلفها ثقوب تتحرك نحو أعلى الخلية، ولكن الباحثين اتبعوا استراتيجية استندت إلى بنية الخلية الشمسية المقلوبة.
لقد كان من الصعب الحصول على اتصال جيد بين طبقة البيروفسكيت والقطب الكهربائي العلوي ولحل هذه المشكلة قام الباحثون بإدخال طبقة تخميل مصنوعة من جزيئات عضوية عملت بشكل جيد في الاتجاه التقليدي لأن الثقوب يمكنها أن تمر مباشرة من خلال طبقة التخميل في حين أن هذه الطبقة تحجب الإلكترونات لذا يمكن أن تحدث مشكلة كبيرة عندما تُقلب الخلية.
النموذج الحالي
تغلب الفريق على المشكلة السابقة بالاستفادة من قوانين ميكانيك الكم حيث تمكنوا من التحكم في الأطوال الموجية للضوء التي يمتصها البيروفسكيت كما استطاعوا أن يتحكموا بكيفية حركة الإلكترونات داخل الطبقة.
استخدم الفريق تقنية كيميائية لإنتاج سطح بيروفسكيت ثنائي الأبعاد فوق خليتهم الشمسية، حيث مكنت هذه التقنية طبقة البيروفسكيت من تحقيق التخميل من تلقاء نفسها وألغت الحاجة إلى الطبقة العضوية تماماً.
كما قام فريق الأبحاث بزيادة سمك طبقة البيروفسكيت ليصبح ارتفاعها ثلاث بلورات بدلاً من واحدة، للتغلب على تأثير حجب الإلكترونات.
تحليل النتائج
أظهرت عملية المحاكاة الحاسوبية أن هذا التغير من شأنه أن يغير من الطاقة بشكل كاف لتمكين الإلكترونات من التحرك إلى دارة خارجية وهذا ما تم إثباته في المختبر.
كفاءة التحويل
بلغت نسبة كفاءة تحويل الطاقة للخلايا 23.9٪ وبقيت هذه النسبة ثابتة بعد 1000 ساعة من التشغيل في درجة حرارة الغرفة.
انخفض الأداء بنسبة 8٪ فقط بعد أكثر من 500 ساعة من الاستخدام وذلك عند تعريض الخلية لعملية تقادم متسارعة وفقاً لمعايير الصناعة في درجات حرارة وصلت إلى 65 درجة مئوية.
تعليقات فريق الباحثين
إن الجمع بين الاستقرار العالي والكفاءة العالية الذي حققناه يبرز حقاً، ويجب أن نضع في اعتبارنا أن تقنية البيروفسكيت لا يتجاوز عمرها عشرون عاماً في حين أن تقنية السيلكون تم العمل عليها لمدة سبعين عاماً وما يزال هناك الكثير من التحسينات في المستقبل.
سام تيل، أحد الباحثين في مختبر «Sargeant»
سيتم التركيز في المستقبل على زيادة استقرار الخلايا حتى في درجات الحرارة الأعلى كما يرغب الفريق أيضا في بناء خلايا ذات مساحة سطحية أكبر حيث يبلغ حجم الخلايا الخالية حوالي خمسة ميلليمترات مربعة فقط.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: University of Toronto
