طريقة جديدة تعالج مشكلة خلايا البيروفسكايت الشمسية وزيادة كفاءة الخلايا الترادفية

يعتبر تطوير البيروفسكايت عالي الاستقرار والفعال بناءً على مزيج غني من البروم واليود أمرًا بالغ الأهمية لإنشاء خلايا شمسية ترادفي، يميل العنصران إلى الانفصال عند تعرضهما للضوء والحرارة ، وبالتالي يحدان من الجهد والثبات للخلية الشمسية.

تناول مقاربة جديدة لتصنيع خلايا البيروفسكايت الشمسية المشكلات السابقة، وأسفر عن أجهزة ذات كفاءة عالية واستقرار ممتاز، وفقًا لتقرير الباحثين في المختبر للطاقة المتجددة في العدد الجديد من مجلة العلوم .

قال كاي تشو ، العالم البارز في NREL ، الباحث الرئيسي في المشروع ، والمؤلف الرئيسي للورقة الجديدة “هندسة النسيج التركيبي لخلايا بيروفسكايت الشمسية ذات فجوة الحزمة الواسعة للغاية”: “يمكن لنهج النمو الجديد هذا أن يقمع بشكل كبير فصل الطور”.

عالج النهج الجديد هذه المشكلة وأنتج خلية شمسية واسعة النطاق بكفاءة تزيد عن 20 ٪ و 1.33 فولت من الفولت الضوئي وتغيير طفيف في الكفاءة على مدى 1100 ساعة من التشغيل المستمر عند درجة حرارة عالية. مع هذا النهج الجديد ، حصلت الخلية الترادفية all-perovskite على كفاءة 27.1٪ مع جهد ضوئي عالٍ يبلغ 2.2 فولت واستقرار تشغيلي جيد.

في الخلية الترادفية ، يتم ترسيب طبقة ذات فجوة نطاق ضيقة أعلى طبقة ذات فجوة الحزمة العريضة، يسمح الاختلاف في فجوات النطاق بالتقاط المزيد من الطيف الشمسي وتحويله إلى كهرباء.

يشير البيروفسكايت إلى هيكل بلوري يتكون من ترسب المواد الكيميائية على الركيزة، يؤدي التركيز العالي من البروم إلى تبلور أسرع لفيلم البيروفسكايت وغالبًا ما يؤدي إلى عيوب تقلل من أداء الخلية الشمسية. تمت تجربة استراتيجيات مختلفة للتخفيف من هذه المشكلات ، لكن استقرار الخلايا الشمسية البيروفسكايت ذات فجوة الحزمة العريضة لا يزال يعتبر غير كافٍ.

يعتمد النهج الذي تم تطويره حديثًا على العمل الذي نشره تشو وزملاؤه في وقت سابق من هذا العام والذي قلب خلية البيروفسكايت النموذجية. سمح استخدام هذا الهيكل المعماري المقلوب للباحثين بزيادة الكفاءة والاستقرار ودمج الخلايا الشمسية الترادفية بسهولة.

استخدمت المجموعة التي تقودها NREL نفس البنية وابتعدت عن الطريقة التقليدية لصنع البيروفسكايت. تستخدم الطريقة التقليدية مذيبًا مطبقًا على المواد الكيميائية المتبلورة لإنشاء فيلم بيروفسكايت موحد.

تبريد الغاز

اعتمد النهج الجديد على ما يعرف باسم تبريد الغاز ، حيث يتم نفخ تدفق النيتروجين على المواد الكيميائية، عالجت النتيجة مشكلة فصل البروم واليود ، مما أدى إلى إنتاج فيلم بيروفسكايت بخصائص هيكلية وإلكترونية ضوئية محسنة.

يسمح النهج المضاد للمذيبات للبلورات بالنمو بسرعة وبشكل موحد داخل فيلم البيروفسكايت ، مما يؤدي إلى ازدحام بعضها البعض ويؤدي إلى عيوب حيث تلتقي حدود الحبوب.

عملية التبريد بالغاز ، عند تطبيقها على كيماويات البيروفسكايت ذات المحتوى العالي من البروم ، تجبر البلورات على النمو معًا، ومعبأة بإحكام من أعلى إلى أسفل ، بحيث تصبح مثل حبة واحدة وتقلل بشكل كبير من عدد العيوب.

تشكل طريقة النمو من أعلى إلى أسفل بنية متدرجة، مع وجود المزيد من البروم بالقرب من الجزء العلوي وأقل في الجزء الأكبر من الخلية، كانت طريقة إخماد الغاز أكثر قابلية للتكرار إحصائيًا من الطريقة المضادة للمذيبات.

حقق الباحثون كفاءة تجاوزت 20% للطبقة ذات فجوة الحزمة العريضة واستقرارًا تشغيليًا مع تدهور أقل من 5% خلال 1100 ساعة، بالاقتران مع الخلية السفلية ، وصل الجهاز إلى علامة الكفاءة 27.1%.

جرب الباحثون أيضًا الأرجون والهواء كغاز تجفيف بنتائج مماثلة ، مما يشير إلى أن طريقة إخماد الغاز هي طريقة عامة لتحسين أداء خلايا بيروفسكايت الشمسية ذات فجوة الحزمة العريضة.

أظهر نهج النمو الجديد إمكانات الأجهزة الترادفية عالية الأداء لجميع البيروفسكايت ، كما طور تطوير البنى الترادفية الأخرى القائمة على البيروفسكايت مثل تلك التي تتضمن السيليكون.

تابعنا على تطبيق نبض