حقق فريق الأكاديمي تشنغ نان فنغ والأستاذ وو بينغ هوي من جامعة شيامن تقدماً مهماً في أبحاث الخلايا الشمسية البيروفسكايتية، حيث اقترحوا استخدام إطار البروسيان الأزرق للتحكم التآزري في تشكيل مادة البيروفسكايت وتطور العيوب وانتقال الأيونات وتوزيعها أثناء تشغيل الجهاز، مما يوفر حلاً جديداً لتعزيز استقرار الخلايا الكهروضوئية البيروفسكايتية. وفي 25 سبتمبر، نُشرت نتائج البحث ذات الصلة التي أنجزها الفريق بالتعاون مع جامعة جينان وجامعة تسينغهوا وشركاء آخرين في المجلة الأكاديمية الدولية «Science».

يُعتبر البروسيان الأزرق أول صبغة اصطناعية حديثة في تاريخ البشرية، ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات الرسم والطباعة والتصوير بالطباعة الزرقاء. وفي الوقت نفسه، فإن خصائصه البنيوية والكيميائية الخاصة، بما في ذلك البنية الإطارية المفتوحة ومراكز التكافؤ المختلط، تُظهر إمكانات تطبيقية في مجالات دراسة تخزين الأيونات ونقل الأيونات وعمليات الأكسدة والاختزال.

البروسيان الأزرق يوجّه عملية تبلور البيروفسكايت. الموقع الرسمي لجامعة شيامن

في هذه الدراسة، أدخل الباحثون جسيمات البروسيان الأزرق النانوية إلى طبقة امتصاص الضوء البيروفسكايتية، مستفيدين من خصائصها الشبكية البلورية المشابهة للبيروفسكايت ونشاطها القابل للعكس في الأكسدة والاختزال وبنيتها الإطارية المفتوحة، بحيث تشارك في الوقت نفسه في التحكم بمرحلتي تشكيل المادة وتشغيل الجهاز. وكشفت الدراسة أنه بعد إدخال البروسيان الأزرق، خضعت عمليات التنوي والتحول الطوري الوسيط ونمو البلورات في البيروفسكايت لتحكم فعال، مما أدى في النهاية إلى تكوين أغشية ذات توجيه مفضل أكثر وضوحاً وانفعال موضعي أقل؛ وتحت تأثير المجال الكهربائي الخارجي، تم تثبيط الانتقال بعيد المدى للأيونات وإعادة توزيعها، كما انخفض بشكل ملحوظ تغير الجهد الموضعي المستحث بالمجال الكهربائي.

للتحقق من قابلية تطبيق هذه الاستراتيجية المادية في هياكل أجهزة مختلفة وظروف التوسع في المساحة، أجرى فريق البحث اختبارات تحقق على خلايا شمسية بيروفسكايتية بالبنية التقليدية والبنية المقلوبة. وبعد إدخال البروسيان الأزرق، تجاوزت كفاءة التحويل الكهروضوئي لكلا النوعين من الأجهزة صغيرة المساحة 26%؛ وفي عملية التوسع في المساحة، حققت وحدة بالبنية التقليدية بمساحة 6 سم × 6 سم كفاءة 23.4%؛ وحققت وحدة بالبنية المقلوبة بمساحة 30 سم × 30 سم كفاءة 22.9%.

تعتبر هذه الدراسة تشكيل الأغشية الرقيقة البيروفسكايتية وتشغيل الجهاز عملية متصلة مترابطة، وتستخدم الخصائص الكيميائية للبروسيان الأزرق للتحكم التآزري في نمو البلورات وتحول العيوب وانتقال الأيونات، مما يوفر نهجاً جديداً لتصميم مواد إطارية مفتوحة تجمع بين وظائف التوجيه البنيوي والتخزين المؤقت للأكسدة والاختزال والتحكم بالأيونات.