جامعة صوفيا اليابانية تحقق احتفاظ خلايا البيروفسكايت الشمسية المصنوعة من القصدير بكفاءة أولية تبلغ 84.94% بعد 100 يوم باستخدام 2-ABZ

أخبار ar.wedoany.com، قام باحثون من جامعة صوفيا (Sophia University) اليابانية والمعهد الوطني لعلوم المواد (National Institute for Materials Science, NIMS) بإدخال مادة 2-أمينوبنزوثيازول (2-ABZ) في خلايا البيروفسكايت الشمسية المصنوعة من القصدير شبه ثنائية الأبعاد (q-2D) من نوع Ruddlesden-Popper (SnPSCs)، بهدف كبح مشكلة أكسدة القصدير التي تحد من كفاءة وعمر هذه الأجهزة على المدى الطويل. وأفاد الفريق البحثي أن هذه الاستراتيجية القائمة على استخدام المواد المضافة تعزز في الوقت نفسه الأداء الكهروضوئي للخلايا وتطيل عمر الأجهزة، مما قد يفتح الباب أمام تسويق خلايا البيروفسكايت الشمسية الخالية من الرصاص.

مادة 2-ABZ هي جزيء غير متجانس الذرات يحتوي على النيتروجين والكربون والكبريت والهيدروجين. وأوضح الفريق البحثي أن العديد من المواد المضافة المستخدمة في معالجة العيوب تستهدف آلية تدهور واحدة فقط، بينما تؤدي مادة 2-ABZ وظائف متعددة ومتكاملة في الوقت نفسه أثناء تكوين طبقة البيروفسكايت الرقيقة وأثناء تشغيل الجهاز، وتشمل: تنظيم نمو البلورات، وتقليل تكوّن حالات الفخاخ، ومنع هجرة الأيونات، وكبح أكسدة القصدير، وتحسين توافق مستويات الطاقة عند الواجهات، مما يغطي نقاط الضعف الداخلية المتعددة التي حدت لفترة طويلة من تحسين كفاءة خلايا SnPSCs.

صرّحت البروفيسورة يوكو تاكاوكا، رئيسة المشروع بقسم علوم وهندسة المواد والحياة بكلية العلوم والتكنولوجيا في جامعة صوفيا، بأن تراكم مادة 2-ABZ عند الواجهات يعد أمرًا بالغ الأهمية لتقليل العيوب المدفونة في طبقة البيروفسكايت. فهذه المادة قادرة على تكوين مواقع تنوي كثيفة في الجزء السفلي من الطبقة الرقيقة، مما يؤدي إلى إنتاج طبقات بيروفسكايت رقيقة عالية الجودة ومستقرة.

وانعكست هذه التأثيرات في النهاية على نتائج اختبارات الأداء طويل المدى. فخلايا الطاقة الشمسية غير المغلفة المحتوية على 2-ABZ حافظت على 84.94% من كفاءتها الأولية بعد تخزينها لمدة 100 يوم، بينما بلغ معدل الاحتفاظ بالكفاءة في الأجهزة غير المعالجة 48.95% فقط. وعند التشغيل المستمر تحت ضوء الشمس المحاكى، احتفظت الأجهزة المعالجة بنحو 89% من أدائها الأصلي بعد 10 ساعات، بينما تدهورت الأجهزة الضابطة بسرعة خلال ساعة واحدة فقط. وأظهر تحليل الأسطح أن مادة 2-ABZ تكبح أكسدة Sn²⁺ إلى Sn⁴⁺، وهو مسار التدهور الرئيسي لبيروفسكايت القصدير. كما أظهر مطياف الضوء الإلكتروني للأشعة السينية (XPS) انخفاضًا ملحوظًا في أنواع اليود المؤكسد، وأكدت مطيافية كتلة الأيونات الثانوية زمن الرحلة (ToF-SIMS) أن هجرة اليوديد تم تثبيطها بشكل كبير.

على صعيد التطبيقات، يتطلب تركيب الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون أراضٍ واسعة ومسطحة، بينما تُعد خلايا البيروفسكايت الشمسية (PSCs) خفيفة الوزن ومرنة وقابلة للتحكم في شكلها، مما يجعلها تقنية كهروضوئية واعدة من الجيل التالي. ويُعد تحسين الكفاءة والعمر أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الجدوى التجارية لهذه الخلايا. وأشارت تاكاوكا إلى أن النتائج ذات الصلة توفر مسارًا عمليًا لتطوير خلايا شمسية خالية من الرصاص وأكثر أمانًا، ومن شأنها أيضًا توسيع نطاق تطبيقات الخلايا الكهروضوئية.

نُشرت نتائج هذا البحث في 15 يونيو 2026 في المجلد العاشر، العدد الحادي عشر من مجلة Solar RRL.