جامعة كاوناس للتكنولوجيا في ليتوانيا ترفع كفاءة الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من البيروفسكايت إلى أكثر من 29%

أخبار ar.wedoany.com، تمكن باحثون في جامعة كاوناس للتكنولوجيا (KTU) في ليتوانيا من رفع كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من البيروفسكايت إلى أكثر من 29%، وذلك من خلال تعديل طبقة جزيئية فائقة الرقة مسؤولة عن نقل حاملات الشحنة الموجبة داخل الخلية.

وأقام علماء الجامعة، بالتعاون مع شركاء دوليين، واجهات أكثر استقرارًا بين الطبقات المختلفة للخلية الشمسية، مما أدى إلى تقليل التآكل بين الطبقات وتمكين الخلية من الحفاظ على كفاءة وأداء عاليين. وأوضح الدكتور كاسباراس راكشتيس، الباحث في KTU، أن الخلية الشمسية يمكن تشبيهها بـ"شطيرة" متعددة الطبقات، حيث تُصنع كل طبقة من مادة مختلفة وتؤدي وظيفة محددة، ويجب أن تكون الطبقات مترابطة بشكل مثالي فيما بينها لكي يعمل الجهاز بكفاءة.

الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت هي أجهزة كهروضوئية رقيقة الأغشية تستخدم مادة البيروفسكايت كطبقة نشطة، وتُعد تقنية واعدة في مجال الطاقة نظرًا لوزنها الخفيف ومرونتها وتكاليف تصنيعها المنخفضة نسبيًا. غير أن أداء هذه الخلايا قد يتدهور عند تعرضها للرطوبة والأكسجين والحرارة، كما أن المشكلات على الواجهات بين الطبقات المختلفة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على أداء الجهاز. وقد اعتمد العلماء سابقًا عادةً على طبقات أحادية الجزيء ذاتية التجميع (SAMs) التي أُدخلت في عام 2018 لنقل الشحنات، حيث تعمل هذه الطبقات الجزيئية الرقيقة بمثابة "غراء جزيئي" ينقل الثقوب (حاملات الشحنة الموجبة) إلى القطب. غير أن راكشتيس أشار إلى أن هذه الجزيئات حمضية بطبيعتها، مما يؤدي إلى تآكل الطبقات المجاورة تدريجيًا وإحداث عيوب على الواجهات تعيق نقل الشحنات، وهو ما يسبب انخفاض كفاءة الخلية وقصر عمرها التشغيلي.

ولمعالجة هذه المشكلة، قام الباحثون بتعديل الجزء من جزيئات SAM المرتبط بطبقة أكسيد المعدن الملامسة، وذلك بتحويل الشكل الحمضي التقليدي إلى شكل ملح أيوني. فالملح الناتج بعد التحييد الكيميائي لم يعد يؤدي إلى تآكل الطبقات المجاورة، مع احتفاظه بنفس قوة الارتباط بسطح أكسيد المعدن. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا الجزيء قابل للذوبان في الماء، مما يتيح ترسيب هذه الطبقة دون الحاجة إلى مذيبات سامة. وعلى الرغم من أن سمكها لا يتجاوز بضعة نانومترات، إلا أن الطبقة المعدّلة لها تأثير ملحوظ على كفاءة نقل الشحنات.

وللتحقق من الجدوى العملية لهذه الطريقة، تعاون فريق البحث مع شركاء صينيين لإثبات أن هذه الطريقة قابلة للتطبيق على الوحدات كبيرة المساحة، حيث تنتج طلاءات عالية الجودة وموحدة، ومناسبة للاختبارات في ظروف أقرب إلى التطبيقات الواقعية. كما تم التحقق من هذه الطريقة في الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من البيروفسكايت، وهي خلايا تستخدم طبقات ممتصة مختلفة للضوء لالتقاط نطاق أوسع من الطيف الشمسي. وباستخدام هذه الطريقة الجديدة، حقق الفريق كفاءة تحويل طاقة تتجاوز 29% في الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من البيروفسكايت. وأفاد راكشتيس بأن هذه واحدة من أعلى القيم المسجلة حتى الآن.

ويرى فريق البحث أن هذه التقنية يمكن استخدامها مستقبلًا في تطوير أجهزة شمسية أكثر تنوعًا من حيث الوظائف، مثل الخلايا المدمجة في واجهات المباني والنوافذ والمنسوجات. وقد نُشرت نتائج الدراسة في دورية "Nature Communications"، وقدّم الفريق طلب براءة اختراع لهذه التقنية، ويعمل حاليًا على دفع تطبيقاتها التجارية.