سولارابيك، ألمانيا – 6 ديسمبر 2025: كشف باحثون في مركز “هيلمهولتز برلين” للمواد والطاقة (HZB) وجامعة “بوتسدام” عن اختراق علمي بارز يُمهد لإنتاج جيل جديد من الخلايا الشمسية يجمع بين الاستقرار العالي والصداقة للبيئة، مستغنين بذلك عن عنصر الرصاص التقليدي لصالح القصدير. وأظهرت الدراسة المعمقة التي أجريت في مختبر “Hysprint” أن استخدام تقنيات معالجة مبتكرة لمادة “بيروفسكايت القصدير” (Tin-based perovskites) أدى لنتائج غير مسبوقة، حيث وجد الفريق أن استخدام مذيب بديل يقلل كثافة الأيونات في أنصاف النواقل بشكل جذري، لتصل إلى عُشر الكثافة الموجودة في نظيراتها المعتمدة على الرصاص، مما يعالج إحدى أكبر المعضلات التي كانت تواجه هذه الصناعة والمتمثلة في عدم الاستقرار على المدى الطويل.
ثورة في الكثافة الأيونية ومعالجة الأكسدة
استكشف الفريق البحثي كثافة الأيونات في أربعة مركبات مختلفة وشائعة من البيروفسكايت، ليجدوا تبايناً كبيراً في النتائج المخبرية؛ إذ تميزت أنصاف نواقل بيروفسكايت القصدير المنتجة بمذيب بديل من نوع (DMF-DMI) بخصائص فريدة تفوقت على الطرق التقليدية. وأوضح الدكتور أرتيم موسيينكو، رئيس المجموعة البحثية في (HZB)، أن هذه المواد لا تكتفي بامتلاك تركيز أقل من الأيونات المتحركة فحسب، بل تُظهر ذاتياً زمناً للتحلل أبطأ بخمس مرات مقارنة ببيروفسكايت الرصاص، وهو ما يعد قفزة نوعية في عمر الخلية الافتراضي. وبالإضافة إلى ذلك، اعتمد الباحثون نهج تنويع المذيبات لإثبات مسار تقني يهدف لتجنب أكسدة القصدير التي كانت تحدث سابقاً بسبب التناسق القوي مع مذيب “ثنائي ميثيل سلفوكسيد” (DMSO)، إذ تمت مقارنة عينة مُصنعة باستخدام (DMSO) وأخرى بالمذيب البديل، مما قدم حجة علمية قوية لإعادة الاعتبار للقصدير كمكون أساسي مستقر، متجاوزين مشكلة هجرة أيونات الهاليد التي تتسبب عادةً في تدهور المادة وانخفاض كفاءتها بمرور الوقت.
مفاجأة الـ 600 ساعة ومستقبل الطاقة النظيفة
شكلت النتائج التي توصل إليها الفريق مفاجأة كبرى، لا سيما فيما يتعلق بعينة بيروفسكايت القصدير (FASnI3) التي تم إنتاجها بالمذيب البديل؛ حيث أكدت شينجنان زو، طالبة الدكتوراه في الفريق، أن هذه الخلايا احتوت على أيونات متحركة أقل بعشر مرات من الخلايا المعتمدة على الرصاص (Pb-based)، وأثبتت استقراراً ممتازاً أثناء التشغيل المتواصل لأكثر من 600 ساعة. في حين أنه وعلى النقيض من ذلك، أظهر البيروفسكايت المعتمد على الرصاص أعلى كثافة أيونية، وكانت الكثافة أقل قليلاً في خليط الرصاص والقصدير. من ناحية أخرى، شدد الفريق على أن خلايا البيروفسكايت، التي تُعتبر على نطاق واسع تكنولوجيا الجيل القادم للخلايا الكهروضوئية، باتت الآن أقرب للاستخدام التجاري الواسع بعد التغلب على عقبات الاستقرار؛ إذ يمكن تصنيع أنصاف النواقل المختلفة في صناديق القفازات المخبرية، مما يمهد الطريق لتطوير خلايا شمسية مبتكرة ذات أغشية رقيقة تنجح في قمع هجرة الأيونات، مع وجود فرص حقيقية لزيادة كفاءتها واستقرارها بشكل كبير في المستقبل القريب.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: helmholtz
