تقنية جديدة لتطوير الخلايا الشمسية.. توليد طاقة أكثر من 1000 ساعة متواصلة وكفاءة أكثر من 20%
طورت NIMS خلية شمسية بيروفسكايت متينة بسعة 1 سم 2 قادرة على توليد الكهرباء لأكثر من 1000 ساعة متواصلة بكفاءة تحويل كهروضوئية (أي كفاءة توليد الطاقة) تزيد عن 20٪ عند التعرض لأشعة الشمس.
نظرًا لأنه يمكن تصنيع هذه الخلية الشمسية على سطح مادة بلاستيكية عند حوالي 100 درجة مئوية ، يمكن استخدام هذه التقنية لتطوير خلايا شمسية خفيفة ومتعددة الاستخدامات.
كانت الخلايا الشمسية مكونًا حيويًا لسياسات إزالة الكربون ، مما يجعلها موضوعًا لأبحاث مكثفة حول العالم، تعد خلايا البيروفسكايت الشمسية من الجيل التالي الواعد لتقنية الخلايا الشمسية لأنه يمكن إنتاجها بسهولة أكبر وبتكلفة أقل من الخلايا الشمسية التقليدية.
ومع ذلك ، فإن خلايا البيروفسكايت الشمسية لها أيضًا عيوب: فهي عرضة للتحلل عندما تتفاعل مع جزيئات الماء وقد ثبت أنه من الصعب جعلها متينة وفعالة للغاية.
تمتلك معظم خلايا البيروفسكايت الشمسية آليات توليد طاقة مماثلة، عندما تمتص طبقة البيروفسكايت ضوء الشمس، فإنها تولد إلكترونات وثقوبًا، ثم تهاجر هذه الإلكترونات والثقوب بشكل منفصل إلى طبقة نقل الإلكترون المجاورة وطبقة نقل الفتحة، على التوالي ، حيث تتدفق لإنتاج تيار كهربائي.
لتحسين كفاءة ومتانة خلايا البيروفسكايت الشمسية في وقت واحد، تحتاج هذه الطبقات والواجهات بينها إلى تمكين الإلكترونات والثقوب من التحرك خلالها بحرية أكبر مع جعل الواجهات غير منفذة لجزيئات الماء.
أضاف فريق البحث هذا مشتقًا من الهيدرازين يحتوي على ذرات فلور طاردة للماء (5F-PHZ) إلى الواجهة بين طبقة نقل الإلكترون وطبقة البيروفسكايت (المكونة من بنية بلورية FA 0.84 Cs 0.12 Rb 0.04 PbI 3 ، والتي يمكن التعبير عنها ببساطة. بواسطة ABX 3 ، حيث A = مزيج من أيونات الفورمامدينيوم (FA + ) و Cs + و Rb + ؛ B = Pb2 + ؛ و X = I – ).
تقليل عدد العيوب البلورية
نجحت هذه الواجهة في منع جزيئات الماء التي اخترقت طبقة نقل الإلكترون من التلامس مع طبقة البيروفسكايت، وبالتالي تحسين متانة الخلية الشمسية.
أدى استخدام هذه الواجهة أيضًا إلى تقليل عدد العيوب البلورية التي تشكلت على سطح طبقة البيروفسكايت – وهو سبب لانخفاض كفاءة توليد الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، أضاف الفريق مشتقًا من حمض الفوسفونيك (MeO-2PACz) إلى الواجهة بين طبقة نقل الفتحة وطبقة البيروفسكاي ، مما قلل من تكوين الخلل في طبقة نقل الفتحة وبالتالي تحسين كفاءة توليد الطاقة للخلية الشمسية.
نُشرت الدراسة في مجلة Advanced Energy Materials، في البحث المستقبلي ، يخطط الفريق لتطوير خلايا بيروفسكايت الشمسية أكثر كفاءة واستمرارية من خلال إنشاء قاعدة بيانات للجزيئات التي يمكن دمجها في الواجهة، وإجراء البحوث المبنية على البيانات وتصميم الجزيئات التي يمكن استخدامها لتحسين الخصائص البينية.
