معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم يحطم الرقم القياسي العالمي لكفاءة الوحدات الضوئية الرقيقة من نوع النحاس-الزنك-القصدير-الكبريت-السيلينيوم ليصل إلى 13.0%

أخبار ar.wedoany.com، حقق فريق الباحث مينغ تشينغ بو من معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم إنجازاً علمياً بارزاً، حيث نجح في تصنيع وحدة ضوئية رقيقة كبيرة المساحة من مادة النحاس-الزنك-القصدير-الكبريت-السيلينيوم (CZTSSe) بكفاءة تحويل ضوئي كهربائي بلغت 13.0%، محطماً بذلك الرقم القياسي العالمي لكفاءة هذا النوع من الوحدات. وقد نُشرت النتائج ذات الصلة عبر الإنترنت في مجلة "Nature Materials".

النحاس-الزنك-القصدير-الكبريت-السيلينيوم (CZTSSe) هو مادة ضوئية رقيقة جديدة تتكون من عناصر وفيرة في القشرة الأرضية مثل النحاس والزنك والقصدير، وتتميز بانخفاض تكلفتها وملاءمتها للبيئة، وتُعد اتجاهاً مهماً للجيل القادم من الخلايا الشمسية المستدامة. في السنوات الأخيرة، قام فريق مينغ تشينغ بو بتحطيم الرقم القياسي العالمي لكفاءة هذا النوع من الخلايا عشر مرات متتالية. ومع ذلك، بمجرد تكبير حجم الأجهزة، تنخفض تجانسية الأغشية الرقيقة بشكل حاد، وتتراجع الكفاءة أيضاً، مما يشكل تحدياً رئيسياً أمام التطبيق العملي لهذه التقنية.

أوضح مينغ تشينغ بو أن المشكلة تكمن في العملية المحلولية. ففي الطرق التقليدية، تشكل الأيونات المعدنية والجزيئات العضوية شبكات ترابط معقدة، مما يؤدي إلى عدم انتظام في تبخر المذيب وتوزيع العناصر وعملية التبلور، تماماً مثلما تتشكل كتل كثيرة في العجين عند عجنه، مما يجعل "رقاقة" الفيلم الرقيق متفاوتة السماكة. لذلك، بدأ الفريق من المقياس الجزيئي، حيث أدخلوا الفورماميد كعامل منظم للتنسيق، لضبط البنية التنسيقية بين الأيونات المعدنية والجزيئات العضوية بدقة، مما أدى إلى كسر هذه الشبكة الترابطية.

بناءً على هذه الاستراتيجية للتحكم في التنسيق الجزيئي، طور الفريق عملية طلاء بالمحلول مناسبة للإنتاج المستمر على مساحات كبيرة، وتمكنوا من تصنيع أغشية رقيقة من النحاس-الزنك-القصدير-الكبريت-السيلينيوم عالية التجانسية على ركيزة بمساحة 10 سنتيمترات مربعة. وقد حققت الخلية صغيرة المساحة (1 سم²) المصنوعة من هذا الفيلم كفاءة معتمدة بلغت 14.2%، بينما حققت الوحدة المكونة من 6 خلايا فرعية متصلة على التوالي بمساحة إجمالية 10.5 سم²، والمقسمة بالليزر، كفاءة معتمدة بلغت 13.0%.

وأشار مينغ تشينغ بو إلى أن هذا البحث يثبت أن تقنية أغشية النحاس-الزنك-القصدير-الكبريت-السيلينيوم الرقيقة لا تقتصر على الأداء الجيد في المساحات الصغيرة داخل المختبر فحسب، بل تمتلك أيضاً إمكانات التوسع الإنتاجي والتصنيع التجاري، مما يوفر نهجاً جديداً للتصنيع واسع النطاق للوحدات الضوئية الرقيقة الخضراء منخفضة التكلفة.