تركيبة تحتوي على 35% من البروم من جامعة ولاية بنسلفانيا الأمريكية تعزز أداء الخلايا الكهروضوئية الداخلية المصنوعة من البيروفسكايت

أخبار ar.wedoany.com، طوّر باحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا (Penn State) طبقة رقيقة قائمة على البيروفسكايت موجهة للإضاءة الداخلية، تعمل على تحسين كفاءة امتصاص المادة للضوء الداخلي، مع تحسين قدرتها على الحفاظ على الأداء عند التعرض لفترات أطول لضوء أكثر سطوعًا. وقد نُشرت النتائج ذات الصلة في مجلة APL Energy.

في حين تهدف الخلايا الشمسية التقليدية إلى التقاط نطاق واسع من ضوء الشمس، تواجه الأجهزة الكهروضوئية الداخلية ظروفًا مختلفة: فشدة الإضاءة الاصطناعية أضعف بكثير، وطيفها أضيق. وهذا يعني أن المواد المُحسَّنة لضوء الشمس قد لا تكون الأنسب لجمع الضوء المنبعث من مصابيح LED أو غيرها من مصادر الإضاءة الداخلية.

انطلق الفريق من البنية البلورية لبيروفسكايت الهاليد المعدني، فعمل على تعديل نسبة البروم إلى اليود فيه، وحضّر ست تركيبات مختلفة، وعدّل خصائصها البصرية تدريجيًا نحو الأطوال الموجية الشائعة في الإضاءة الداخلية. ويقول الباحثون إن التركيبة التي تحتوي على 35% من البروم كانت الأفضل أداءً في التجارب. ويوضح هذا العمل أيضًا أن تصميم مواد الخلايا الكهروضوئية الداخلية قد يختلف عن الألواح الشمسية التقليدية، إذ لا يضطر الباحثون إلى السعي لتحقيق أقصى امتصاص على كامل الطيف الشمسي، بل يمكنهم ضبط فجوة النطاق لأشباه الموصلات لتتوافق مع طيف الإضاءة الاصطناعية الأضيق.

كما درس الباحثون طريقة تشكّل الغشاء الرقيق المصنوع من البيروفسكايت نفسه. ففي عملية التحضير، تُذاب المادة أولًا في مذيب، ثم تتبلور عند تبخر المذيب. واستخدم الفريق ثنائي كلورو البنزين بدلًا من كلورو البنزين الشائع كمذيب مضاد، استنادًا إلى أعمال سابقة لأعضاء من فريق البحث، بهدف الحصول على أغشية أكثر تجانسًا، ذات حبيبات كثيفة، ومسامات وعيوب أقل، لأن هذه العيوب تعيق حركة الشحنات وتضعف الأداء الكهروضوئي. وتتمثل الخطوة الأخيرة في إضافة بروميد الأمونيوم الفينيثيل (PEABr) على سطح البيروفسكايت، حيث تشكّل هذا الملح طبقة تخميل تساعد على حماية المادة من العيوب ومن التدهور تحت الإضاءة المطولة.

في الاختبارات، لم يتراجع أداء الأجهزة الناتجة على مدى 240 ساعة متواصلة تحت شدة إضاءة عالية. وبناءً على الاتجاهات الملاحظة، قدّر الباحثون أن الجهاز يمكن أن يظل مستقرًا لآلاف الساعات؛ غير أن هذا التقدير يُعد تنبؤًا وليس عمر تشغيلي مُثبتًا. وقد بلغت شدة الإضاءة المستخدمة في الاختبار نحو 10 إلى 50 ضعف الشدة المطلوبة وفق الإطار التوافقي لتقييم الخلايا الكهروضوئية الداخلية الذي طُرح مؤخرًا، أي ما يعادل نحو 8% إلى 50% من شدة ضوء الشمس.

ويكمن التطبيق المحتمل ليس في استبدال الألواح الشمسية على الأسطح، بل في تحرير الأجهزة الإلكترونية منخفضة استهلاك الطاقة من البطاريات والتغذية السلكية. فربما تتمكن منظمات الحرارة الذكية وأجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم عن بعد وبعض الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء من العمل عبر الجمع المستمر للضوء المحيط، دون الاعتماد الكامل على بطاريات تُستخدم مرة واحدة أو قابلة لإعادة الشحن. لكن التسويق التجاري لا يزال يواجه عقبة رئيسية: المتانة. فقد أشارت مراجعة نشرتها جامعة ولاية بنسلفانيا عام 2026 حول الخلايا الكهروضوئية الداخلية المصنوعة من البيروفسكايت إلى أن بعض الأجهزة سجّلت كفاءات تجاوزت 44%، في حين أن الدراسات التي أبلغت عن الاستقرار طويل الأمد وفق بروتوكولات موحدة قليلة نسبيًا. ويرى الباحثون أن اختبارات الاستقرار الأفضل ضرورية لتحديد كيفية ترجمة نتائج المختبر إلى عمر تشغيلي في العالم الحقيقي.

وبالتالي، فإن هذا الجهاز الجديد يمثل خطوة نحو جعل جمع الضوء الداخلي عمليًا، أكثر من كونه بديلًا جاهزًا للبطاريات.