اختراع مبتكر يحافظ على كفاءة خلايا الشمس البيروفسكايت لأكثر من ألف ساعة تشغيل
علماء يطورون طريقة ربط جزيئي لتحسين أداء خلايا الطاقة الشمسية البيروفيسكايت
أصبحت طبقات الجزيئات العضوية الرقيقة (SAMs) المختارة للثقوب عنصرًا أساسيًا في الأجهزة البصرية الحديثة، وخصوصًا في خلايا الشمس البيروفسكايتية وخلايا التانديم بيروفسكايت-سيليكون. ومع ذلك، فإن عدم استقرار هذه الطبقات غالبًا ما يؤثر على الأداء التشغيلي للجهاز.
في دراسة نُشرت في مجلة Nature، طور فريق بقيادة البروفيسور يانغ تشونلي والدكتور المشارك جانج جيه من معهد شنتشن للتكنولوجيا المتقدمة في الأكاديمية الصينية للعلوم، والبروفيسور أليكس ك.-واي. جن من جامعة مدينة هونج كونج، استراتيجية ربط جزيئي في الموقع (in-situ cross-linking) لتعزيز استقرار طبقات SAM، بما يعالج مشكلات الاستقرار الناتجة عن تدهور الواجهات الداخلية في خلايا الشمس البيروفسكايتية المقلوبة عالية الكفاءة.
ابتكر الباحثون جزيئًا جديدًا من نوع SAM، يحمل مجموعة أزيدية ووُسم بـ JJ24، مع طول سلسلة كربونية محسَّن.
يعمل هذا الجزيء على تحسين توزيع الجزيئات المضيفة CbzNaph على الركيزة الشفافة الموصلة للكهرباء (TCO)، ويحد من تكوين العيوب والفراغات أثناء عملية التجميع الذاتي.
يمكن تنشيط المجموعة الأزيدية حراريًا لتكوين روابط تساهمية في الموقع مع سلاسل CbzNaph، مكونةً طبقة مشتركة (co-SAM) محكمة التجميع.
هذا الهيكل يحسن توجيه جزيئات CbzNaph ويقلل من تعرض سطح الركيزة TCO نتيجة اهتزاز الجزيئات تحت الضوء والحرارة، مما يمنع تدهور الواجهة الداخلية ويقلل بشكل كبير من خسائر إعادة الجمع غير المشعة عند واجهة الجهاز.
عدم انخفاض في الكفاءة بعد 1,000 ساعة تشغيل
باستخدام هذه الاستراتيجية، صُنعت خلايا شمس بيروفسكايتية مقلوبة بلغت كفاءتها المعتمدة 26.9%.
وأظهرت الأجهزة عدم انخفاض في الكفاءة بعد 1,000 ساعة تشغيل مستمر وفق معيار ISOS-L-2، وحافظت على أكثر من 98% من كفاءتها الأصلية بعد 700 دورة حرارية بين –40°م و85°م، مما يدل على استقرار ممتاز.
تُقدِّم هذه الدراسة استراتيجية عملية لتعزيز الاستقرار التشغيلي للأجهزة القائمة على SAM على الركائز الخشنة، مع آثار كبيرة لدعم تجاري خلايا بيروفسكايت المقلوبة وخلايا التانديم المستقبلية.
