حقق الباحثون كفاءة قياسية بلغت 19.31% باستخدام الخلايا الشمسية العضوية.. أداء أكثر استقرارًا ومزايا فريدة
من المحتمل خلق فرصًا هائلة في تطبيقات مثل الإلكترونيات المحمولة وبناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة
حقق باحثون كفاءة تحويل طاقة مذهلة (PCE) بنسبة 19.31٪ باستخدام الخلايا الشمسية العضوية (OSCs)، والمعروفة أيضًا باسم الخلايا الشمسية البوليمرية.
ستساعد كفاءة OSC الثنائية الرائعة هذه في تحسين تطبيقات أجهزة الطاقة الشمسية المتقدمة.
يعتبر PCE ، وهو مقياس للطاقة المولدة من إشعاع شمسي معين ، معيارًا مهمًا لأداء الخلايا الكهروضوئية (PVs) ، أو الألواح الشمسية، في توليد الطاقة.
تشكل الكفاءة المحسّنة بنسبة تزيد عن 19٪ والتي حققها باحثو جامعة بوليتكنك فلسطين سجلاً لـ OSCs الثنائية ، والتي لها متبرع واحد ومتقبل واحد في الطبقة النشطة للصور.
تقليل فقدان إعادة التركيب غير الإشعاعي
بقيادة البروفيسور لي جانج، أستاذ رئيس قسم تكنولوجيا تحويل الطاقة، وأستاذ كرسي السير سزي ين تشونج في الطاقة المتجددة في جامعة بوليو، اخترع فريق البحث تقنية جديدة لتنظيم مورفولوجيا OSC باستخدام 1،3،5-ثلاثي كلورو بنزين كبلورة منظم، تعمل هذه التقنية الجديدة على تعزيز كفاءة واستقرار OSC.
طور الفريق من جامعة هونج كونج للفنون التطبيقية (PolyU) استراتيجية معالجة غير رتيبة للحالة الوسيطة (ISM) للتلاعب بمورفولوجيا OSC غير المتجانسة (BHJ) وتحسين ديناميكيات التبلور وفقدان الطاقة في OSCs غير الفوليرين في نفس الوقت.
على عكس استراتيجية استخدام المذيبات التقليدية المضافة، والتي تعتمد على التجميع الجزيئي المفرط في الأفلام، فإن استراتيجية ISM تعزز تكوين تكديس جزيئي أكثر ترتيبًا وتجميع جزيئي مناسب.
نتيجة لذلك، تمت زيادة PCE بشكل كبير وتم تقليل فقدان إعادة التركيب غير الإشعاعي غير المرغوب فيه. والجدير بالذكر أن إعادة التركيب غير الإشعاعي يقلل من كفاءة توليد الضوء ويزيد من فقد الحرارة.
تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء
تم وصف النتائج التي توصل إليها فريق البحث في الدراسة “19.3٪ من الخلايا الشمسية العضوية الثنائية وإعادة التركيب غير الإشعاعي المنخفض الذي تم تمكينه من خلال الانتقال غير الأحادي للحالة الوسيطة” المنشورة في Nature Communications .
يعد تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء تقنية أساسية لتحقيق بيئة مستدامة، على الرغم من أن OSCs هي أجهزة واعدة تسخر الطاقة الشمسية بشكل فعال من حيث التكلفة، إلا أنه يجب تحسين كفاءتها إذا كان سيتم استخدامها على نطاق واسع في التطبيقات العملية.
عامان لوضع استراتيجية ISM
قال البروفيسور لي ، “جاءت التحديات في البحث من طرق التحكم في التشكل المعيارية القائمة على المواد المضافة، والتي تعاني من فقدان إعادة التركيب غير الإشعاعي، وبالتالي خفض جهد الدائرة المفتوحة بسبب التجميع المفرط”، استغرق فريق البحث حوالي عامين لوضع استراتيجية ISM غير رتيبة لزيادة كفاءة OSC وتقليل فقدان إعادة التركيب غير الإشعاعي.
يعد نشر الدراسة بتحفيز أبحاث OSC، قال البروفيسور لي ، “الاكتشاف الجديد سيجعل من أبحاث OSC مجالًا مثيرًا ، ومن المحتمل أن يخلق هذا فرصًا هائلة في تطبيقات مثل الإلكترونيات المحمولة وبناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة”، سيتم فتح الباب الجديد عندما يمكن أن تحقق OSCs منخفضة التكلفة أحادية الوصلة PCE أكثر من 20 ٪ ، إلى جانب أداء أكثر استقرارًا ومزايا فريدة أخرى مثل المرونة والشفافية وقابلية التمدد والوزن المنخفض واللون القابل للضبط.
تأثير مستدام على تطوير الطاقة الشمسية
تم الاعتراف بالبروفيسور لي باعتباره باحثًا ذائع الصيت 9 سنوات متتالية منذ عام 2014، مما يشهد على تأثيره الكبير على البحث العالمي، ساهمت مساهماته الرائدة في الأبحاث حول الخلايا الشمسية البوليمرية منذ عام 2005 في إحداث تأثير مستدام على تطوير الطاقة الشمسية القابلة للطباعة مع الاعتراف العالمي.
قال البروفيسور لي: “تُظهر الدراسة الأخيرة انخفاضًا قياسيًا في فقدان إعادة التركيب غير الإشعاعي قدره 0.168 فولتًا في OSC ثنائي مع PCE يزيد عن 19٪، هذه نتيجة مشجعة جدًا للأبحاث طويلة الأمد حول OSCs التي أمتلكها على مدار العقدين الماضيين. لقد حققنا بالفعل كفاءة أفضل في OSC ، وسيساعد ذلك لاحقًا في تسريع تطبيقات الطاقة الشمسية”.
