مركز HZB الألماني يطور خلية شمسية ثلاثية الوصلات من البيروفسكايت بكفاءة 27.3% وعمر تشغيلي 770 ساعة

أخبار ar.wedoany.com، تمكن باحثون في مركز هيلمهولتز برلين (HZB) الألماني من تصنيع خلية شمسية معقدة للغاية من نوع "ثلاثي الوصلات" باستخدام مادة البيروفسكايت، محققين كفاءة تحويل بلغت 27.3%، دون أي تدهور في الأداء بعد 770 ساعة من التشغيل المستمر.

تهيمن ألواح السيليكون الشمسية على السوق منذ فترة طويلة، لكنها اقتربت من حدود كفاءتها الفيزيائية. وتعد مواد البيروفسكايت محورًا بحثيًا مهمًا نظرًا لانخفاض تكلفتها وخفة وزنها وإمكانية تركيبها على ركائز مرنة. ومن خلال تكديس ثلاث طبقات ممتصة من البيروفسكايت ذات فجوات نطاقية مختلفة، يمكن لهذه الخلية جمع طاقة شمسية أكبر من ألواح السيليكون.

تكمن نقطة الضعف في خلايا البيروفسكايت التقليدية في الطبقة البوليمرية (PEDOT:PSS) المستخدمة لنقل الشحنات بين الخلايا الفرعية، حيث أن هذه الطبقة ذات كفاءة امتصاص ضوئي منخفضة وعرضة للتحلل. حاول فريق البحث استبدال هذا البوليمر بطبقة أحادية التجميع ذاتيًا (SAM). في البداية، لم تكن طبقة SAM قادرة على نقل الشحنات بفعالية. وأوضح يونهون يون، المؤلف الأول المشارك وباحث ما بعد الدكتوراه: "لذلك، أضفنا طبقة إضافية أسفل طبقة SAM لتكون بمثابة قاعدة". وضع الفريق طبقة رقيقة للغاية من أكسيد الجرافين (GO) مباشرة أسفل طبقة SAM. غيّر هذا الهيكل المزدوج GO/SAM خصائص الواجهة، محققًا تطابقًا مثاليًا في الشكل والإلكترونيات، مما جعل نقل الشحنات أكثر سلاسة وخفض الخسائر البصرية بشكل كبير.

بلغت كفاءة تحويل الطاقة للخلية الشمسية ثلاثية الوصلات الجديدة 27.3%، وهي من بين أعلى المستويات في هذا المجال التقني. حافظت الخلايا المزودة بطبقة GO/SAM المزدوجة على أكثر من 90% من أدائها الأولي بعد 770 ساعة من التشغيل المستمر، مما يدل على متانة استثنائية. وأشار فريق البحث إلى أن طبقة البيروفسكايت القائمة على الرصاص والقصدير شديدة التأثر بالأكسدة والتحلل عند تعرضها للأكسجين والرطوبة، بينما شكلت الطبقة المزدوجة GO/SAM حاجزًا كيميائيًا محكمًا يحمي طبقة القصدير الهشة من التلف البيئي.

صرح البروفيسور ستيف ألبريشت، رئيس قسم خلايا البيروفسكايت الشمسية المكدسة في HZB، أنه من خلال تحسين أغشية البيروفسكايت الفردية، يمكن لهذا الهيكل خفيف الوزن أن يتجاوز بسهولة كفاءة 30%. نُشرت نتائج البحث في 9 يوليو في مجلة "جول" (Joule).