بناء الخلايا الشمسية للغد باستخدام مواد من الجيل التالي تعمل بكفاءة.. زيادة عمر البيروفسكايت

يساعد الباحثون في بناء الخلايا الشمسية للغد من خلال دراسة كيف يمكن لمواد من الجيل التالي أن تعمل بكفاءة في ظل ظروف العالم الحقيقي التي تشمل درجات الحرارة وساعات من ضوء الشمس.

تم نشر عملهم في مجلة الكيمياء الفيزيائية C، للباحثين في جامعة ولاية فلوريدا وكلية FAMU-FSU للهندسة.

تتكون معظم الخلايا الشمسية من السيليكون، لكن الأبحاث الجارية تبحث في خيارات أخرى، بما في ذلك مادة تعرف باسم البيروفسكايت، بالإضافة إلى العمل كخلية شمسية، يمكن للبيروفسكايت أيضًا تمكين ظاهرة تسمى التحويل في الجزيئات العضوية، وهي عملية يمتص فيها البيروفسكايت فوتونات منخفضة الطاقة ثم تحول الجزيئات العضوية هذه الجسيمات إلى فوتونات عالية الطاقة.

قال ثيو سيجريست، الأستاذ في قسم الهندسة الكيميائية والطبية الحيوية، “تساءلنا عما إذا كانت هناك طريقة أخرى لاستخدام الفوتونات – جزيئات الطاقة في الضوء – والتي لولاها لما كانت لتتحول إلى كهرباء؟”، “نريد تخزين الطاقة من فوتون واحد حتى يأتي ثانية ودمج الفوتونين في واحد يمكنه التغلب على الحاجز.”

التحويل في الطبقات الثنائية

قالت ليا نينهاوس، الأستاذة المساعدة في قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية: “الفكرة هي أن جسيمًا ضوئيًا عالي الطاقة يمكن استخدامه ينبعث مرة أخرى بعد عملية التحويل”.

فحصت الأبحاث السابقة حول البيروفسكايت كيف تؤدي درجات الحرارة المرتفعة والضوء إلى تدهورها، لكنها لم تأخذ في الاعتبار عملية التحويل في الطبقات الثنائية البيروفسكايت/ العضوية في ظل ظروف العالم الحقيقي.

يُظهر فهم كيفية عمل هذه الأجهزة في ظروف الحرارة والضوء النموذجية للباحثين أين يوجهون جهودهم للتنفيذ في الخلايا الشمسية التجارية .

وضع الباحثون أجهزة التحويل الخاصة بهم على عنصر تسخين، مما رفع درجة حرارتها إلى حوالي 60 درجة مئوية، ثم استخدموا التحليل الطيفي البصري وعلم البلورات بالأشعة السينية لفحص خصائصهم.

ووجدوا أن أداء جهاز التحويل تقلص بشكل كبير بعد التعرض لدرجات حرارة عالية ، ولكن ليس بسبب تحلل البيروفسكايت، وبدلاً من ذلك، تتبلور الجزيئات العضوية المطلوبة لعملية التحويل تحت الحرارة ، مما يجعل الجهاز غير فعال.

قال نيهاوس: “إن مادة البيروفسكايت من تلقاء نفسها، إذا قمت بتسخينها وسلطت الضوء عليها، فإنها تتحلل”، “بمجرد أن تضع الجزيئات العضوية في المقدمة، فإنها لم تعد تتحلل، تساهم الجزيئات العضوية في زيادة عمر البيروفسكايت، والذي أعتقد أنه نتيجة مفيدة للغاية، لا تزال هناك مشكلات هندسية يجب حلها لجعل البيروفسكايت أجهزة التحويل القائمة على التحويل قابلة للتطبيق، ولكن نأمل أن يكون هذا العمل جزءًا من معالجة تلك المشكلات “.