سولارابيك – ثول، المملكة العربية السعودية – أبريل 2022: أظهر بحث جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية «KAUST» أن الضوء يتسبب في حدوث تشوهات صغيرة وسريعة في مادة خلايا البيروفسكيت الشمسية، مما يؤثر على سلوك حاملات الشحنة داخل مادة البيروفسكيت.
أثر الضوء على خلايا البيروفسكيت
على الرغم من أن كفاءة خلايا البيروفسكيت الشمسية قد تحسنت بشكل ملحوظ خلال العقد الماضي، إلا أنه لا يزال هناك القليل من الأبحاث حول الفيزياء الضوئية الأساسية لعملها، حيث يمكن للنظرة التفصيلية لكيفية عمل الشحنات الكهربائية داخل البيروفسكيت أن توجه الجهود المبذولة لتحسين أداء الجيل التالي من الخلايا الشمسية بناءً على هذه المواد.
عندما يصطدم الضوء بالبيروفسكيت، فإنه يثير إلكترونات سالبة الشحنة ويترك وراءه ثقوباً موجبة الشحنة داخل البنية البلورية للمادة، حيث يمكن لهذه الإلكترونات والثقوب أن تتحرك بعد ذلك عبر البيروفسكيت لتوليد تيار كهربائي، لكن يمكن لحاملات الشحنات أن تتحد مع بعضها بدلاً من ذلك، مما يسبب هدراً للطاقة التي تحملها.
يمكن لبعض الأيونات التي تشكل الشبكة البلورية للبيروفسكيت أن تساعد في تحديد موضع الإلكترونات والثقوب في مناطق مختلفة، مما يمنعها من إعادة الاتحاد وإطالة عمرها. ومع ذلك، فإن هذا التحديد يميل أيضاً إلى جعل ناقلات الشحنات أقل قدرة على الحركة، مما قد يؤثر سلباً على أداء الخلايا الشمسية.
يمكن أن يساعد فهم هذه التأثيرات الباحثين على ضبط تركيبة البيروفسكيت وتعزيز قدرتهم على توليد الكهرباء من ضوء الشمس.
تفاصيل البحث
درس الفريق جانبين مختلفين من سلوك حاملات الشحنة في الأغشية الرقيقة من بيروفسكايت هاليد مختلط ثلاثي الكاتيون يحتوي على السيزيوم المعروف باسم «CsFAMA».
استخدم الفريق في البداية سلسلة من نبضات الليزر القصيرة لإثارة حاملات الشحنة ثم فحصوها بعد بضع ثوانٍ فقط (تريليون جزء من الثانية)، ووجدوا أنه مع زيادة كثافة حاملات الشحنة، فإنها تعمل بشكل خطي على تضييق فجوة الطاقة التي تحتاج الإلكترونات لأن تجتازها عندما تتأثر بالضوء الوارد، وبحسب الفريق فإن هذا يختلف عن سلوك أنصاف النواقل التقليدية.
في المرحلة الثانية، استخدم الفريق شكلاً من أشكال الموجات الدقيقة عالية الكثافة، يسمى إشعاع «تيراهيرتز – terahertz»، لدراسة كيفية تحرك حاملات الشحنة، حيث أظهرت التجربة أنه مع زيادة كثافة ناقلات الشحنة، فمن المرجح أن تبقى في موقع معين.
يعتقد الباحثون أن كلا هاتين الملاحظتين لهما نفس السبب الجذري، وهو عندما يصطدم الضوء بالبيروفسكيت، يمكن أن يسبب تشوهات صغيرة سريعة في شبكة الأيونات التي تؤثر على سلوك حاملات الشحنة، وقد لاحظ باحثون آخرون مؤخراً مثل هذه التقلبات الشبكية في البيروفسكيت أيضاً، مما يدعم النتائج.
تعليقات الباحثين
لقد تحسنت كفاءة خلايا البيروفسكيت الشمسية بشكل كبير في العقد الماضي، لكن الأبحاث الأساسية حول الفيزياء الضوئية كانت متخلفة نسبياً. أحد الأمور غير الواضحة هو كيفية تصرف شركات الشحن قبل إعادة توحيدها.
مينغ كونغ وانغ، من أعضاء فريق البحث في مركز «KAUST» للطاقة الشمسية
يتم تحديد مكان وموقع حاملات الشحنة عند القيم الأعلى للكثافة.
فريدريك لاكواي، قائد فريق البحث مركز «KAUST» للطاقة الشمسية
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: KAUST
