جامعة كونمينغ للعلوم والتكنولوجيا تحقق اختراقًا صناعيًا في مجال التحكم في الواجهة السفلية لخلايا البيروفسكايت الشمسية من النوع المعكوس

أخبار ar.wedoany.com، صحيفة "ويدو نيوز"، في 19 يوليو، أفادت جامعة كونمينغ للعلوم والتكنولوجيا أن البروفيسور تشن جيانغتشاو والبروفيسور يو يوي من كلية علوم وهندسة المواد، بالتعاون مع عدة جامعات وشركات، حققوا اختراقًا مهمًا في مجال التحكم في الواجهة السفلية لخلايا البيروفسكايت الشمسية من النوع المعكوس، وتم التحقق من جدواه الصناعية. وقد نُشرت النتائج ذات الصلة في المجلة العلمية الدولية "Nature Communications".

تعتمد خلايا البيروفسكايت من النوع المعكوس على طبقة أحادية الجزيئات ذاتية التجميع كطبقة نقل الثقوب، وتتميز بمزايا مثل التحضير في درجات حرارة منخفضة والتكلفة المنخفضة، مما يجعلها اتجاهًا رئيسيًا لتطوير صناعة الطاقة الشمسية. ومع ذلك، فإنها تواجه تحديات مثل سهولة تكتل الجزيئات ذاتية التجميع، وعدم تجانس تشكل الأغشية، وكثرة العيوب في قاع أغشية البيروفسكايت، وضعف الالتصاق، والإجهاد المتبقي في الواجهة، مما يحد من الإنتاج على نطاق واسع.

لمعالجة هذه العقبات، اقترح فريق البحث استراتيجية تنظيم تعاونية تعتمد على نظام المضيف والضيف الجزيئي الفائق النعومة، حيث تم إدخال جزيئات ضعيفة القاعدية من نوع لويس لتعديل الواجهة السفلية. تعتمد هذه الجزيئات على بنيتها الفريدة من نوعها ذات التجويف الكأسي، لتحقيق أربعة تحسينات رئيسية في وقت واحد: توزيع متجانس للغشاء الذاتي التجميع لإزالة مسارات التسرب الكهربائي؛ سد العيوب في الواجهة من خلال التنسيق مع المجموعات الوظيفية لتقليل فقدان الطاقة الكهربائية؛ تخفيف الإجهاد الداخلي الناتج عن التمدد والانكماش الحراري بواسطة الهيكل المرن؛ ربط طبقة نقل الثقوب وطبقة امتصاص البيروفسكايت عبر روابط كيميائية ثنائية الاتجاه لمنع هجرة الأيونات.

وفقًا لشهادات اعتماد خارجية موثوقة، بلغت كفاءة تحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء للخلايا الصغيرة أحادية المساحة 27.12%؛ بينما استقرت كفاءة تحويل الألواح الشمسية الكبيرة بمساحة 655.2 سم مربع عند 22.25%، مما يقلص بشكل كبير الفجوة في الأداء بين الأجهزة المختبرية والوحدات الإنتاجية. أظهرت بيانات اختبارات المتانة أن الأجهزة احتفظت بنسبة 97.4% من كفاءتها الأولية بعد التعرض المستمر لأشعة الشمس القياسية لمدة 2125 ساعة؛ وبعد 2000 ساعة من التعرض لظروف حرارة ورطوبة قاسية (85 درجة مئوية ورطوبة 85%)، حافظت على 90.7% من أدائها الأصلي، مما أدى إلى تحسين فعال لعيوب الاستقرار في خلايا البيروفسكايت.

يتميز هذا الإنجاز ببروز مزايا التعاون بين الصناعة والأوساط الأكاديمية. تعاون فريق البحث مع شركات الطاقة الشمسية لإنتاج ألواح كبيرة المساحة، وتتوافق عملية التعديل بأكملها مع معدات الإنتاج الحالية القائمة على الطلاء، دون الحاجة إلى تعديلات كبيرة في خطوط الإنتاج، مما يجعل تكاليف التطبيق في المتناول. يمكن استخدام هذه التقنية على نطاق واسع في مجالات مثل الجدران الساترة الشفافة نصف الشفافة لتكامل المباني مع الطاقة الشمسية، وأجهزة الشحن المحمولة المرنة، وألواح الطاقة الشمسية المثبتة على المركبات الكهربائية، وخلايا البيروفسكايت والسيليكون المكدسة.