فريق من جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا يطور خلية ترادفية كاملة من البيروفسكايت خالية من PEDOT:PSS بكفاءة 29.1%

أخبار ar.wedoany.com، صمم فريق بحثي من جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا خلية شمسية ترادفية كاملة من البيروفسكايت خالية تماماً من مادة PEDOT:PSS، محققاً كفاءة تحويل بلغت 29.1% باستخدام طبقة أحادية من حمض الفوسفونيك الوظيفي المشتق من الفينوثيازين كطبقة ناقلة للثقوب. تُستخدم مادة PEDOT:PSS، وهي خليط بوليمري موصل، على نطاق واسع كطبقة ناقلة للثقوب نظراً لشفافيتها العالية، وموصليتها الجيدة للثقوب، ودالة شغل مناسبة، إلا أن حموضتها وخاصيتها الاسترطابية تؤدي إلى تحلل طبقات البيروفسكايت الحساسة في الخلايا الترادفية، مما يؤثر على الكفاءة طويلة الأمد واستقرار التشغيل.

للتغلب على هذا التحدي، كشف الفريق البحثي باستخدام تقنيات التوصيف الموضعي عن مسار التبلور غير المستقر الذي تحفزه مادة PEDOT:PSS في أغشية البيروفسكايت الهجينة من القصدير والرصاص، واستبدلها بطبقة أحادية وظيفية ذاتية التجميع مشتقة من الفينوثيازين (يُرمز لها اختصاراً بـ 4PAPT). مقارنةً بـ PEDOT:PSS، تحقق 4PAPT تبلوراً أسرع وأكثر مباشرة وتجانساً للبيروفسكايت، وتثبط تكوين الطور الوسيط من يوديد القصدير-ثنائي ميثيل سلفوكسيد (SnI₂–DMSO)، وتحسن الاتجاه البلوري واستقرار الواجهة، مما يقلل كثافة العيوب ويعزز نقل حاملات الشحنة.

طور الفريق خلية شمسية ترادفية كاملة من البيروفسكايت أحادية الوصلة ثنائية الأطراف، باستخدام بنية جهاز مكدسة على قطب شفاف من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO). تشمل الخلية السفلية طبقة ممتصة من البيروفسكايت عريض فجوة الطاقة (WBG)، متصلة عبر طبقة انتقائية للثقوب تعتمد على مشتق النفثالين القائم على الكاربازول (CbzNaph)، تليها طبقة ناقلة للإلكترونات من الفوليرين (C60)، وطبقة مركبة من أكسيد القصدير المترسب بطبقة ذرية (ALD-SnO₂)، ومغطاة بقطب من الذهب (Au). تستخدم الخلية العلوية طبقة 4PAPT كواجهة ناقلة للثقوب، إلى جانب طبقة ممتصة من البيروفسكايت ضيق فجوة الطاقة (NBG)، وطبقة ناقلة للإلكترونات من C60، وطبقة حاجزة للإكسيتون من الباثوكوبروين (BCP)، وقطب خلفي من الفضة (Ag). حققت الخلية أحادية الوصلة ضيقة فجوة الطاقة القائمة على 4PAPT كفاءة 23.2%، بينما حققت الخلية الترادفية الكاملة من البيروفسكايت الخالية من PEDOT:PSS كفاءة تحويل 29.1%، وهي أعلى قيمة مسجلة حالياً لهذا النوع. حافظ الجهاز المغلف على 90% من كفاءته الأولية بعد 800 ساعة من تتبع نقطة الطاقة القصوى تحت إضاءة شمسية محاكاة عند درجة حرارة حوالي 40 درجة مئوية.

أشار الباحث الرئيسي للمراسلة، Fengzhu Li، إلى أن استراتيجية الواجهة الجزيئية حققت تحسناً في كفاءة الخلايا أحادية الوصلة ضيقة فجوة الطاقة، وتم توسيع نطاق هذه الاستراتيجية لتشمل الخلايا الترادفية. وأكد المؤلف المشارك Yen-Hung Lin أن عدم استقرار PEDOT:PSS ليس مجرد مشكلة مادية فحسب، بل يؤثر أيضاً على تكوين أغشية البيروفسكايت عند الواجهة المدفونة، وأن استبدالها بطبقة أحادية ذاتية التجميع مصممة جزيئياً يمكن أن يتحكم في التبلور منذ البداية. نُشرت الدراسة في مجلة Joule، تحت عنوان "التبلور بوساطة الواجهة يتيح خلايا ترادفية كاملة من البيروفسكايت خالية من PEDOT:PSS بكفاءة 29.1% ومتانة معززة".

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