أخبار ar.wedoany.com، طور فريق بحثي من جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية (PolyU) نوعًا جديدًا من الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من البيروفسكايت والمواد العضوية، والتي تحافظ على أداء عمل مستقر حتى عند تعرض جزء منها للظل. نُشرت النتائج في مجلة "Nature Materials".
أظهرت الدراسة أن هذه الخلية الشمسية الرقيقة تحتفظ بأكثر من 90% من كفاءتها الأصلية بعد تعرضها لجهد انحياز عكسي يصل إلى سالب 40 فولت. عادةً، يتسبب هذا الجهد العكسي في تلف الخلايا الشمسية الرقيقة القياسية. عندما تحجب الأشجار أو الغيوم أو المباني أو الطيور ضوء الشمس، قد تتعرض ألواح الخلايا الشمسية لإجهاد الجهد العكسي، مما يقلل من إنتاج الطاقة الكهربائية وقد يتسبب في تلف دائم للخلايا الشمسية الرقيقة. وأشار الفريق إلى أن التصميم الجديد يتمتع بمقاومة أكبر لهذه المشكلة، مما يجعل هذه التقنية أقرب إلى التطبيق العملي.
تحظى تقنيات الخلايا الشمسية الرقيقة مثل تيلوريد الكادميوم، وسيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم، والبيروفسكايت، والخلايا الشمسية العضوية بشعبية واسعة نظرًا لخفة وزنها ومرونتها وانخفاض تكاليف تصنيعها. ولكن عندما يُظلل جزء من اللوحة، تُنتج الخلايا المظللة جهدًا سالبًا، مما يضع ضغطًا على المادة. تحمل هذه الخلايا الشمسية إلكترونات وأيونات في آن واحد، ويؤدي بقاؤها تحت الجهد العكسي لفترات طويلة إلى تدهور أدائها وتلفها في النهاية. اكتشف الفريق أن الضرر ينشأ من عيوب تُعرف بحالات الاصطياد العميقة (deep trap states)، والتي توجد في الطبقة المنتجة للطاقة الكهربائية، وهي الطبقة المترابطة غير المتجانسة (bulk heterojunction). تلتقط هذه العيوب الشحنات، مما يقلل الكفاءة ويزيد احتمالية التلف الدائم أثناء تشغيل الجهد العكسي.
لمعالجة هذه المشكلة، قام الباحثون بتثبيط التجمعات المستقبلة المنعزلة (isolated acceptor clusters) في المنطقة المختلطة بين المانح والمستقبل في الخلية الشمسية، مما قلل من عدد حالات الاصطياد العميقة وجعل الجهاز أكثر متانة. يمكن للخلية الشمسية العضوية الجديدة تحمل جهد انهيار يتجاوز سالب 35 فولت، مما يضع معيارًا جديدًا لاستقرار وكفاءة الخلايا الشمسية العضوية.
أظهرت الدراسة أيضًا أن الخلية الشمسية العضوية المحسّنة يمكنها حماية طبقة البيروفسكايت في الخلايا الشمسية الترادفية غير العضوية من نوع n-i-p المصنوعة من البيروفسكايت والمواد العضوية، وذلك عن طريق منع النفق العكسي (reverse tunneling) لمنع تلف الجهاز أثناء فترات التظليل. حتى بعد تعرضها لجهد سالب 40 فولت، حافظت الخلية الشمسية الترادفية على أكثر من 90% من كفاءتها الأصلية. بعد تشغيل هذه الأجهزة تحت جهد سالب 20 فولت لمدة 12 ساعة، حافظت على 90% من كفاءتها الأولية؛ وبعد العمل تحت جهد سالب 4.5 فولت لمدة 2000 ساعة (حوالي 83 يومًا)، حافظت على 97% من كفاءتها. وأشار الباحثون إلى أن هذه النتائج تفوق ما يمكن أن تحققه تقنيات الخلايا الشمسية الرقيقة الحالية.
صرّح البروفيسور لي غانغ (Professor Li Gang)، أستاذ كرسي تكنولوجيا تحويل الطاقة في قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية بجامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية، بأن الفريق حقق تقدمًا مهمًا في استقرار الخلايا الشمسية العضوية والخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من البيروفسكايت والمواد العضوية تحت ظروف الجهد العكسي الصعبة، مما يمثل إسهامًا رائدًا في فهم تشغيل الأجهزة ومتانتها. يبني هذا العمل الجديد على دراسة سابقة للفريق نُشرت في عام 2025 في مجلة "Nature Energy". في تلك الدراسة، طوروا خلايا شمسية ترادفية غير عضوية من نوع n-i-p مصنوعة من البيروفسكايت والمواد العضوية، حققت كفاءة تحويل طاقة بلغت 25.9%، وتم اعتمادها بشكل مستقل بنسبة 25.1% من خلال تعديل التلامس السفلي. في هذه الدراسة الجديدة، تجاوزت كفاءة تحويل الطاقة للخلية الشمسية الترادفية 26%، مع مقاومة أقوى لإجهاد الجهد العكسي، مما يجعل هذه التقنية أقرب إلى الاستخدام في الألواح الشمسية العملية.
