تحقيق تقدم مهم في تطوير تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة الجديدة. نجح فريق الباحث مينغ تشينغ بو من معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في تصنيع وحدة كهروضوئية كبيرة المساحة من سبيكة النحاس والزنك والقصدير والكبريت والسيلينيوم (CZTSSe)، حيث بلغت كفاءة التحويل الكهروضوئي للوحدة 13.0%، محطماً بذلك الرقم القياسي العالمي لكفاءة هذا النوع من الوحدات، ومؤسساً أساساً متيناً للتصنيع التجاري للجيل القادم من الخلايا الشمسية منخفضة التكلفة والصديقة للبيئة. وقد نُشرت نتائج البحث عبر الإنترنت في المجلة الأكاديمية الدولية "Nature Materials".

سبيكة النحاس والزنك والقصدير والكبريت والسيلينيوم (CZTSSe) هي مادة كهروضوئية جديدة ذات أغشية رقيقة، تتكون من عناصر وفيرة في القشرة الأرضية مثل النحاس والزنك والقصدير، وهي منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة، وتُعتبر اتجاهاً مهماً للجيل القادم من الخلايا الشمسية المستدامة. في السنوات الأخيرة، حطم فريق مينغ تشينغ بو الرقم القياسي العالمي لكفاءة هذا النوع من الخلايا عشر مرات متتالية. ومع ذلك، لدفع هذه "النجمة المخبرية" نحو التطبيق العملي، تبرز عقبة رئيسية: فبمجرد تكبير حجم الجهاز، تنخفض تجانسية الفيلم الرقيق بشكل حاد، وتتراجع الكفاءة أيضاً.

"المشكلة تكمن في العملية المحلولية"، كما يوضح مينغ تشينغ بو. ففي الطرق التقليدية، تشكل الأيونات المعدنية والجزيئات العضوية شبكة ترابط معقدة، مما يؤدي إلى عدم انتظام في تبخر المذيب وتوزيع العناصر وعملية التبلور، تماماً مثلما يؤدي وجود كتل زائدة في العجين إلى تفاوت سمك رقائق العجين المفرودة. ولهذا، انطلقوا من المقياس الجزيئي، وأدخلوا الفورماميد كـ"منسق"، لضبط بنية التناسق بين الأيونات المعدنية والجزيئات العضوية بدقة، ونجحوا في كسر هذا "الاضطراب" في الترابط.

بناءً على استراتيجية ضبط التناسق الجزيئي هذه، طوّر الفريق عملية طلاء محلولي مناسبة للإنتاج المستمر على مساحات كبيرة، وتمكنوا من تصنيع فيلم رقيق عالي التجانسية من سبيكة النحاس والزنك والقصدير والكبريت والسيلينيوم على ركيزة بمساحة 10 سنتيمترات مربعة. وباستخدام هذا الفيلم لصنع خلية صغيرة بمساحة 1 سنتيمتر مربع، بلغت الكفاءة المعتمدة 14.2%؛ وعند تقسيمها بالليزر إلى 6 خلايا فرعية متصلة على التوالي لتشكيل وحدة بمساحة إجمالية 10.5 سنتيمترات مربعة، لا تزال الكفاءة المعتمدة تصل إلى 13.0%.

"هذا يثبت بشكل كامل أن تقنية أغشية النحاس والزنك والقصدير والكبريت والسيلينيوم الرقيقة لا تقدم أداءً جيداً على المساحات الصغيرة في المختبر فحسب، بل تمتلك أيضاً إمكانات التوسع الإنتاجي والتصنيع التجاري"، كما صرّح مينغ تشينغ بو. وأضاف أن هذا البحث يوفر نهجاً جديداً للتصنيع واسع النطاق لوحدات كهروضوئية ذات أغشية رقيقة منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة.