ابتكار دولي يعزز كفاءة وثبات خلايا بيروفسكايت الشمسية.. بديل موثوق للسيليكون

حماية خلايا بيروفسكايت الشمسية من العوامل البيئية باستخدام جزيئات قابلة للتبديل بالضوء

طور فريق من جامعة شتوتغارت بالتعاون مع باحثين دوليين طريقة جديدة لتعزيز كفاءة وثبات خلايا بيروفسكايت الشمسية، خطوة مهمة نحو اعتماد هذه التقنية الواعدة في مجال الطاقة الشمسية، الدراسة نشرت في دورية Nature Energy.

البحث عن التركيبة المثالية للمواد

تُعتبر خلايا بيروفسكايت الشمسية واعدة لتطبيقات الطاقة الضوئية، نظرًا لكفاءتها العالية وسهولة تصنيعها مقارنة بخلايا السيليكون التقليدية.

ويقول البروفسور مايكل ساليبا، رئيس معهد الفوتوفولتائيات، إن الفريق نجح مؤخرًا في حماية هذه الخلايا من الضوء والحرارة والرطوبة والضغط الميكانيكي، لكنه أشار إلى أن التشغيل الموثوق تحت ظروف بيئية متغيرة ما زال يمثل تحديًا.

بيروفسكايت الثلاثي الكاتيون: معيار الذهب

ركز البحث على بيروفسكايت الثلاثي الكاتيون، المكوّن من الميثيلأمين، الفورماميديم، والسيزيوم، لما يتمتع به من كفاءة عالية واستقرار طويل الأمد وقابلية للتكرار، يمتاز هذا النوع من البيروفسكايت بهندسة فريدة تجعل خصائصه قابلة للتعديل بدقة من خلال تغييرات مستهدفة.

جزيئات قابلة للتبديل بالضوء لحماية حدود الحبوب

تلعب حدود الحبوب دورًا مهمًا في استقرار المادة، وهي تشبه المفاصل بين أحجار الرصف: ضرورية لتماسك الخلية لكنها الأكثر عرضة للإجهاد البيئي.

لمعالجة هذا، أضاف الباحثون جزيئات خاصة قابلة للتبديل بالضوء إلى حدود الحبوب، بحيث تغير شكلها استجابة للضوء، ما يسمح بتنظيمها ديناميكيًا وامتصاص التوتر داخل المادة.

كفاءة وثبات مرتفعان

اختبرت الفرق البحثية المادة المطورة في سيناريوهات محاكاة للضغوط البيئية الواقعية، مثل التعرض المستمر للأشعة فوق البنفسجية عند 65 درجة مئوية و600 دورة حرارية تتراوح بين –40 إلى +85 درجة مئوية.

النتائج أظهرت أن الخلايا الشمسية المحمية بالجزيئات القابلة للتبديل بالضوء تحتفظ بأكثر من 95% من أدائها الأولي وتحقق كفاءة تقارب 27%.

“تصميمنا الجديد يزيد من استقرار وعمر خلايا بيروفسكايت الشمسية مع الحفاظ على أداء تنافسي، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات العملية”، يوضح مايكل ساليبا ووي وي زو.