اختبار ميداني هولندي ألماني يكشف مسار تدهور الخلايا الشمسية الترادفية البيروفسكايتية على مدار عام

أخبار ar.wedoany.com، أجرت منظمة البحوث العلمية التطبيقية الهولندية (TNO) بالتعاون مع معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية (Fraunhofer ISE) الألماني اختبارًا ميدانيًا استمر لمدة عام لقياس الأداء الخارجي لتقنية الخلايا الشمسية البيروفسكايتية، وكشف البحث عن عوامل متعددة أدت إلى تدهور ملحوظ في البيروفسكايت.

اختار الباحثون خلية شمسية ثلاثية الوصلات من البيروفسكايت/البيروفسكايت/السيليكون بمساحة 1 سم × 1 سم لإجراء الاختبار. وأوضحت المؤلفة المسؤولة عن المراسلات، بيترا مانشاندن، لمجلة pv magazine أن اختيار الخلية ثلاثية الوصلات يعود إلى ارتفاع حد الكفاءة النظري لها، وعدم توفر بيانات سابقة عن تعرض هذا النوع من الخلايا لفترات طويلة في الهواء الطلق. الخلية المختبرة هي خلية ترادفية أحادية القطعة ثلاثية الوصلات، تتكون من خلية سيليكون سفلية من النوع p غير متجانسة مع وصلتين فرعيتين من البيروفسكايت مكدستين. تمتلك القاعدة السيليكونية نسيجًا خلفيًا ومزودة بتماس معدني خلفي مغلق، لتعمل كممتص للأشعة تحت الحمراء القريبة. فوق أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، تم ترسيب خلية بيروفسكايت وسيطة بفجوة طاقية مقدارها 1.56 إلكترون فولت، باستخدام بولي (ثنائي فينيل) (2،4،6-تريميثيل فينيل) أمين وبولي (9،9-بيس (3′-(N،N-ثنائي ميثيل أمينو) بروبيل)-2،7-فلورين)-alt-2،7-(9،9-ثنائي أوكتيل فلورين) كطبقات نقل ثقوب، والفوليرين (C60) مع أكسيد القصدير (SnOx) كطبقات نقل إلكترون. يفصل طبقة أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) الثانية الخلية الوسيطة عن الخلية العلوية، والتي تستخدم طبقة أحادية ذاتية التجميع تسمى 2PACz وممتصًا من البيروفسكايت واسع الفجوة. تستخدم الخلية العلوية أيضًا C60 وSnOx لاستخراج الإلكترونات، وتكتمل عبر طبقة ITO وتماس من الفضة المتبخرة (Ag). كما تم تغطية سطح الخلية بطبقة مضادة للانعكاس من فلوريد المغنيسيوم (MgF₂).

تقع محطة الاختبار الميداني في بيتن بهولندا، حيث تم تركيب وحدات الاختبار على السطح، موجهة نحو الجنوب بزاوية ميل ثابتة مقدارها 30 درجة، مع بياض محلي بنسبة 10%، لتحسين إنتاج الطاقة السنوي. أظهرت القياسات الميدانية للشهر الأول أداءً متكافئًا تقريبًا بين فترتي الصباح وبعد الظهر، مع وجود اختلافات عابرة مبكرة اختفت بعد مرحلة الاستقرار الأولية. كشفت المراقبة طويلة المدى عن مرحلتين من سلوك التدهور: انخفضت الكفاءة من حوالي 17-18% الأولية إلى حوالي 15% في مارس، ثم إلى حوالي 13-14% في أبريل، واستمرت في الانخفاض بعد ذلك. تُعزى المرحلة الأولى من التدهور بشكل أساسي إلى فقدان الجهد، بينما ارتبطت المرحلة الثانية بانفصال الطبقات، مما أدى إلى انخفاض في جمع التيار والاقتران البصري.

أكد التحليل المجهري أن انفصال الطبقات حدث داخل كومة التغليف وليس عند الوصلات النشطة، مما يشير إلى أن المشكلة تكمن في فشل ميكانيكي أو التصاقي بين الطبقات، وليس في تسرب الرطوبة. أظهرت تحليلات EQE وJ-V أيضًا أن فقدان الأداء لا يمكن أن يُعزى إلى تغير في فجوة الطاقة أو تدهور جوهري في الممتص، بل إلى خسائر مرتبطة بالواجهات ومسارات التحويل. أظهرت صور التلألؤ الضوئي والتلألؤ الكهربائي بعد التعرض الطويل تباينًا مكانيًا قويًا، حيث سيطرت طبقة البيروفسكايت الوسطى على تدفق التيار بينما كانت الوصلة العلوية أضعف بشكل ملحوظ، مما يؤكد أن التحويل الجزئي والتدهور غير المتجانس هما نمطان رئيسيان لفشل كومة الخلية.

أكدت اختبارات الموثوقية الداخلية أن الخلية أظهرت استقرارًا جيدًا تجاه الرطوبة والحرارة في ظل ظروف الختم الحافي، لكنها عانت من خسائر كبيرة تحت دورات الحرارة والإشعاع فوق البنفسجي، حيث تسبب الأخير في تدهور بنسبة 65% تقريبًا. بشكل عام، وعلى الرغم من التدهور وتأثير التباطؤ، حققت الخلية كفاءة سنوية متوسطة تبلغ حوالي 10%، وكان الأداء يعتمد بشدة على تغيرات الإشعاع والطيف. أوضحت مانشاندن أن العينة وصلت إلى 80% من كفاءة تحويل الطاقة الأولية بعد خمسة أشهر من التشغيل الميداني، وإلى 50% بعد سبعة أشهر. أشار تحليل التدهور المبكر إلى أن الوصلة العلوية هي المكون الأقل استقرارًا في كومة الخلية. في الوقت نفسه، ظهرت تحويلات موضعية عند حواف الوصلة الوسطى، التي كانت تحد من توليد التيار في البداية، أثناء التشغيل. تُعزى الخسائر الأخرى إلى تدهور طبقات نقل الشحنة، والذي قد يكون ناتجًا عن التشغيل المستمر في درجات حرارة عالية.

نُشرت نتائج هذه الدراسة في مجلة RRL Solar تحت عنوان "عام من الأداء الميداني لخلية شمسية ثلاثية الوصلات من البيروفسكايت/البيروفسكايت/السيليكون". وخلصت مانشاندن إلى أن هذه النتائج تساعد في فهم آليات التدهور وتدفع نحو تطوير أجهزة الجيل التالي الأكثر استقرارًا، مع الإشارة إلى أن الاختبارات ذات الصلة لا تزال جارية.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com