فريق بحثي من جامعة نيو ساوث ويلز الأسترالية يطوّر خلايا شمسية من نوع CZTS بكفاءة 12.6%

2026-08-19 16:13
المفضلة

أخبار ar.wedoany.com، تمكّن فريق بحثي من جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) من إنتاج خلايا شمسية ذات فجوة نطاق عريضة من مادة النحاس-زنك-قصدير-كبريت (CZTS) باستخدام استراتيجية للتحكم في العيوب، محققًا كفاءة تحويل للطاقة تبلغ 12.6%، مع جهد دائرة مفتوحة يصل إلى 852.8 ملي فولت. تعمل هذه الاستراتيجية على تقليل فقدان جهد الدائرة المفتوحة في خلايا CZTS من خلال تثبيت عنصر النحاس في المادة الأولية والحد من انتشاره إلى الخارج.

تعتمد تقنية الخلايا الكهروضوئية من نوع CZTS على عناصر وفيرة في القشرة الأرضية، إلا أنها عانت تاريخيًا من مشكلة فقدان الجهد الكبير. ويشير الباحثون إلى أن الجهد يُعد مؤشرًا مباشرًا على فقدان الطاقة الداخلية في الخلية الشمسية، حيث تعمل العيوب الضارة على خفض الجهد، ويلعب التحكم في العيوب دورًا حاسمًا في تحديد الكفاءة النهائية وكمية الطاقة المحولة من ضوء الشمس. ويُعد رفع الجهد الكهربائي لخلايا CZTS إلى ما فوق المستوى الحالي أمرًا بالغ الأهمية لإطلاق إمكاناتها الكاملة.

أظهرت الدراسات السابقة أن البيئة الكيميائية الفقيرة بالنحاس (Cu) والغنية بالزنك (Zn) يمكن أن تعزز تكوين العيوب المفيدة في خلايا CZTS، بينما تثبط العيوب التي تؤدي إلى إعادة تركيب حاملات الشحنة. ومع ذلك، فإن تكوّن مناطق غنية بالنحاس وفقيرة بالزنك داخل أغشية CZTS الرقيقة يغيّر البيئة الكيميائية المحلية، مما يعزز تكوين عيوب غير مرغوبة وأطوار ثانوية. وللتحكم في هذه العملية، سعى الفريق البحثي إلى تقوية روابط Cu–S في المادة الأولية بهدف تثبيت النحاس والحد من انتشاره إلى الخارج.

في الطريقة الأولية، استبدل الباحثون النحاس المعدني بكبريتيد النحاس الأحادي (Cu₂S) أثناء عملية الترسيب المتزامن (الترذيذ المتعاون). أظهرت قياسات مطيافية رامان ومطيافية الأشعة السينية الضوئية (XPS) أن المادة الأولية المعدّلة تمتلك روابط Cu–S أقوى، وانتظامًا بنيويًا أعلى، ودرجة أقل من الاضطراب الكاتيوني. غير أن استخدام Cu₂S طوال عملية الترسيب أدى إلى زيادة فقدان القصدير (Sn) أثناء عملية الكبترة، مما تسبب في ظهور عيوب وثقوب دقيقة في الطبقة الماصة، مما جعلها غير مناسبة لتصنيع الخلايا الشمسية. ثم لجأ الفريق البحثي بعد ذلك إلى استخدام النحاس المعدني في المراحل الأولى من ترسيب المادة الأولية، والتحول إلى Cu₂S في الدقائق الأخيرة، بهدف تثبيت النحاس بالقرب من السطح والحد من فقدان القصدير أثناء عملية الكبترة اللاحقة.

أدت العملية المحسّنة إلى تقليل انتشار النحاس إلى الخارج بشكل ملحوظ، وإنتاج توزيع أكثر تجانسًا للعناصر، وساهمت في الحفاظ على البيئة المحلية الفقيرة بالنحاس والغنية بالزنك خلال المراحل المبكرة من تبلور CZTS — أي في الوقت الذي يتشكل فيه هيكل العيوب في الطبقة الماصة. أظهرت قياسات التألق المهبطي (الإنارة الكاثودية) عند درجات حرارة منخفضة أن الطبقة الماصة المحسّنة تتمتع بإعادة تركيب غير إشعاعي أقل وحالات عيوب محلية عميقة أقل مقارنة بالعينة المرجعية، مع مساهمة أقوى للعيوب الضحلة في انتقالات حاملات الشحنة، مما يشير إلى تحسن جودة العيوب.

حققت الخلايا الشمسية من نوع CZTS المصنّعة باستخدام نهج هندسة العيوب هذا كفاءة تحويل للطاقة تبلغ 12.6%، مع جهد دائرة مفتوحة يبلغ 852.8 ملي فولت، وكثافة تيار دائرة قصر تبلغ 21.0 مللي أمبير/سم²، وعامل تعبئة يبلغ 70.1%. وبلغت الكفاءة المعتمدة 12.36%، مع جهد دائرة مفتوحة مقداره 846.7 ملي فولت تم قياسه باستخدام مساحة فتحة قدرها 0.2021 سم². وحافظ الجهاز على استقرار أدائه بعد تخزينه لمدة 231 يومًا في مجفف مملوء بالنيتروجين.

ويشير الباحثون إلى أن هذا العمل يُظهر جهد دائرة مفتوحة يعادل 65.3% من حد شوكلي-كويزر (SQ)، في حين أن أجهزة النحاس-زنك-قصدير-كبريت ذات فجوة النطاق العريضة تحقق عادةً جهد دائرة مفتوحة يبلغ حوالي 60% من حد SQ المقابل. وأشارت الباحثة في UNSW، شياوجينغ هاو (Xiaojing Hao)، إلى أن استراتيجية التحكم في العيوب هذه تحمل قيمة مرجعية لتصميم وتحسين أشباه الموصلات المركبة الأخرى، حيث لا تقتصر مبادئ تصميمها على مادة CZTS فحسب، بل تنطبق على تطوير مواد مرشحة للخلايا العلوية في الخلايا الشمسية الترادفية — إذ يتطلب الأمر التصميم منذ مرحلة المواد الخام المختلطة مع الحفاظ على التوزيع المتجانس، وقد تختلف المواد الخام باختلاف نوع أشباه الموصلات، لكن مبادئ التصميم تظل ذاتها.

نُشرت نتائج هذا البحث في مجلة «نيتشر إنيرجي» (Nature Energy) تحت عنوان: "Early-stage local chemistry regulation enabling open-circuit voltage of 847 mV in wide-bandgap Cu2ZnSnS4 solar cells".

تم تجميع هذه الأخبار القصيرة وإعادة نشرها من للمعلومات من الإنترنت العالمي والشركاء الاستراتيجيين، وهي مخصصة فقط للقراء للتواصل، إذا كان هناك أي انتهاكات أو مشاكل أخرى، فيرجى إبلاغنا في الوقت المناسب، وسنقوم بتعديلها أو حذفها. يُمنع منعًا باتًا إعادة نشر هذه المقالة دون إذن رسمي. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com

المنتجات ذات الصلة

سلسلة G/Y4-73 لمراوح التهوية والسحب المستحث بالطرد المركزي ذات التدفق العالي - Xinxiang SIMO Blower Co., Ltd.
غشاء أيوني مشبع بالفلور - غشاء سلسلة CM-10N - Guizhou Juneng Century Technology Co., Ltd.
أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ غير الملحومة - Tsingshan Steel Pipe Co., Ltd.
محول الطاقة - Jiangsu Huapeng Transformer Co., Ltd.
أدوات التعليق - PINGGAO GROUP (HENAN) ELECTRIC POWER EQUIPMENT TECHNOLOGY CO., LTD.
محطة فرعية مسبقة التجميع (الطراز الصيني) - Shandong TaiLai Electric Co., Ltd.
المحولات الكهربائية المغمورة بالزيت الموفرة للطاقة لجهد 220 كيلو فولت وما دون - FuZhou TianYu Electric Co., LTD.
سلسلة قفل الأمان - Lockey Safety Products Co., Ltd.
سلسلة MAX-12 لحماية البيئة/مجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز SF6 (C-GIS) - Murge Electric Co., Ltd.
وحدة شحن تيار مستمر متكاملة 400kW - Shanghai Enneagon Energy Technology Co., Ltd.
محول طاقة 0.66 كيلو فولت - Guangdong Sihui Instrument Transformer Works Co., Ltd.
منصة نظام التحكم ®NuCON - STATE NUCLEAR POWER AUTOMATION SYSTEM ENGINEERING CO., LTD.
قراءات ذات صلة
مناقصة بلدية موغير الإسبانية لمشروع طاقة شمسية بقيمة 8.84 مليون يورو
2026-08-19
الهند: شركة FAGMIL تطرح مناقصة لمحطة طاقة شمسية بقدرة 2.52 ميجاواط، والموعد النهائي 28 أغسطس
2026-08-19
ولاية كولورادو الأمريكية تلزم بشراء 50 ميجاواط سنويًا من الطاقة الشمسية المجتمعية المقترنة بتخزين الطاقة
2026-08-19
جامعة كليمسون الأمريكية وبي إم دبليو تطلقان سيارة اختبارية تعمل بالطاقة الشمسية بمدى إضافي يومي يبلغ 31 ميلاً
2026-08-19
مالطا تستعد لجولة ثانية من مناقصات الطاقة المتجددة في 2026
2026-08-19
شركة AES Andes التشيلية تطلق مشروعًا للطاقة الشمسية بقدرة 692 ميجاواط وتخزين الطاقة بسعة 510 ميجاواط
2026-08-19
جامعة لاكورونيا الإسبانية تكشف أن طبقة التلامس الفضية تسبب تدهور خلايا البيروفسكايت الشمسية في المراحل المبكرة من التصنيع
2026-08-19
شركة Sotysolar الإسبانية تُنجز تركيب نظام شمسي بقدرة 12 كيلوواط مع تخزين 15 كيلوواط/ساعة
2026-08-19
توقيع اتفاقية شراء الطاقة لمشروع ونستون للطاقة الشمسية وتخزين الطاقة بقدرة 400 ميجاواط
2026-08-19
توقيع اتفاقية الوكالة العامة لمنتجات الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة بين شركة تشونغكه هواتشين الصينية وشركة تي بي إي إيه (TBEA)
2026-08-18