سولارابيك، الولايات المتحدة -3 مايو 2025: أعلن علماء عن تحقيق تقدم كبير في تكنولوجيا الخلايا الشمسية البيروفسكايتية، مؤكدين على تحسن ملحوظ في الكفاءة والاستقرار طويل الأمد، مما يمهد الطريق نحو تسريع انتشارها التجاري. توصلت دراسة حديثة أجراها باحثون في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) بالولايات المتحدة إلى أن استبدال مكون تقليدي بملح أيوني مصمم خصيصاً أدى إلى نتائج واعدة للغاية.
تفاصيل الكفاءة والاستقرارية المحسّنة
أظهرت الخلايا البيروفسكايتية المعدلة كفاءة أولية في المختبر بلغت 26.1%، متجاوزة بشكل طفيف كفاءة الخلايا التقليدية التي تستخدم مادة الفوليرين C60 القياسية والبالغة 25.5%. سجل الباحثون الأهمية البالغة لهذا التعديل في تعزيز عمر الخلايا، حيث حافظت على كفاءة 26% مع نسبة تدهور لم تتجاوز 2% بعد تشغيلها لمدة 2,100 ساعة متواصلة عند درجة حرارة 65 درجة مئوية (149 درجة فهرنهايت). أثبت اختبار آخر أجري عند درجة حرارة أعلى (85 درجة مئوية أو 185 درجة فهرنهايت) كفاءة بنسبة 25.5% مع تدهور يقارب 5% بعد 1,500 ساعة. امتدت الاختبارات لتشمل لوح مصغر مكون من أربع خلايا فرعية بمساحة ستة سنتيمترات مربعة، حيث بلغت كفاءته المختبرية 23% مع تدهور أقل من 9% بعد 2,200 ساعة تشغيل عند 55 درجة مئوية (131 درجة فهرنهايت).
سر الابتكار في طبقة نقل الإلكترون
يكمن جوهر هذا الإنجاز في استبدال طبقة الفوليرين C60، المستخدمة عادةً ضمن طبقة نقل الإلكترون (ETL) الحيوية في الخلية الشمسية البيروفسكايتية والمسؤولة عن استخلاص الإلكترونات لتوليد الكهرباء. تعاني طبقة الفوليرين C60، بالرغم من شيوع استخدامها خاصة في تصميمات الخلايا “المقلوبة” المستقرة، من ضعف في الواجهة البينية بسبب طبيعتها الجزيئية، مما يحد من أداء الخلية واستقرارها على المدى الطويل. توصل علماء NREL والمتعاونون معهم، عبر مفاعلة الفوليرين C60 مع أحماض ومركبات كيميائية معينة، إلى إنشاء ملح أيوني جديد (أطلق عليه اسم CPMAC). أدى هذا التعديل إلى تحسين الواجهة البينية بشكل جذري، ونتج عنه زيادة بمقدار ثلاثة أضعاف في القوة الميكانيكية لطبقة نقل الإلكترون، وهو عامل حاسم للمتانة والاستقرار طويل الأمد، وهو ما وصفه الدكتور كاي تشو، العالم البارز في NREL وأحد مهندسي البحث، بأنه “مفاجأة جيدة جدًا“.
بنية الخلية المقلوبة ومستقبل البيروفسكايت
تُعرف مواد البيروفسكايت بأنها مواد نصف ناقلة ذات بنية بلورية أثبتت كفاءة عالية في امتصاص ضوء الشمس وتحويله إلى طاقة. استخدمت هذه الدراسة بنية الخلية الشمسية البيروفسكايتية “المقلوبة”، والتي تشير إلى طريقة ترسيب الطبقات على الركيزة الزجاجية، وهي بنية معروفة باستقرارها العالي وسهولة دمجها في الخلايا الشمسية الترادفية. يظل ضمان استقرار هذه الخلايا في ظروف التشغيل الواقعية محور اهتمام بحثي أساسي، ويقدم هذا البحث مسارًا واعدًا لدفع تقنيات البيروفسكايت الكهروضوئية خطوة كبيرة نحو التطبيقات التجارية الواسعة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: nrel
image source: nrel
