فريق من جامعة شيامن الصينية يستخدم الأزرق البروسي لرفع كفاءة خلايا البيروفسكايت إلى أكثر من 26%

أخبار ar.wedoany.com، اقترح فريق الأكاديمي تشنغ نان فنغ والأستاذ وو بينغ هوي من جامعة شيامن في أبحاث خلايا البيروفسكايت الشمسية استخدام إطار الأزرق البروسي للتحكم التنسيقي في تشكّل مواد البيروفسكايت وتطور العيوب وانتقال الأيونات وتوزيعها أثناء تشغيل الجهاز، مما يوفر نهجاً جديداً لتعزيز استقرار البيروفسكايت الكهروضوئي. وفي 25 سبتمبر، نُشرت نتائج البحث ذات الصلة التي أنجزها الفريق بالتعاون مع جامعة جينان وجامعة تسينغهوا ووحدات متعاونة أخرى في المجلة الأكاديمية الدولية "Science".

يُعتبر الأزرق البروسي (Prussian blue) أول صبغة تركيبية حديثة في تاريخ البشرية، وقد استُخدم لفترة طويلة في مجالات الرسم والطباعة والتصوير بالطباعة الزرقاء. كما يمتلك بنية إطار مفتوح ومراكز مختلطة التكافؤ وخصائص بنيوية وكيميائية خاصة، مما يُظهر إمكانات تطبيقية في أبحاث تخزين الأيونات ونقلها وعمليات الأكسدة والاختزال.

في البحث، أدخل الباحثون جسيمات الأزرق البروسي النانوية إلى طبقة امتصاص الضوء في البيروفسكايت، وبفضل خصائصها الشبكية القريبة من البيروفسكايت ونشاطها العكسي في الأكسدة والاختزال وبنيتها الإطارية المفتوحة، جعلوها تشارك في الوقت نفسه في التحكم بمرحلتي تشكّل المادة وتشغيل الجهاز. وأظهرت النتائج أنه بعد إدخال الأزرق البروسي، خضعت عمليات التنوي والتحول الطوري الوسيط والنمو البلوري للبيروفسكايت لتحكم فعّال، وتميزت الطبقة الرقيقة المتشكلة في النهاية بتوجه مفضل أوضح وانفعال موضعي أقل؛ وتحت تأثير المجال الكهربائي الخارجي، تم تثبيط الانتقال بعيد المدى للأيونات وإعادة توزيعها، كما انخفض بشكل ملحوظ تغير الجهد الموضعي المستحث بالمجال الكهربائي.

للتحقق من قابلية تطبيق استراتيجية المواد هذه في هياكل أجهزة مختلفة وظروف تكبير المساحة، أجرى فريق البحث اختبارات على خلايا البيروفسكايت الشمسية ذات البنية التقليدية والبنية المقلوبة. وبعد إدخال الأزرق البروسي، تجاوزت كفاءة التحويل الكهروضوئي لكلا النوعين من الأجهزة صغيرة المساحة 26%؛ وأثناء تكبير المساحة، حققت وحدة البنية التقليدية بمساحة 6 سم × 6 سم كفاءة 23.4%، وحققت وحدة البنية المقلوبة بمساحة 30 سم × 30 سم كفاءة 22.9%.

يتناول هذا البحث تشكّل طبقة البيروفسكايت الرقيقة وتشغيل الجهاز كعملية متصلة مترابطة، ويستخدم الخصائص الكيميائية للأزرق البروسي للتحكم التنسيقي في النمو البلوري وتحول العيوب وانتقال الأيونات، مما يوفر نهجاً جديداً لتصميم مواد إطارية مفتوحة تجمع بين توجيه البنية والتخزين المؤقت للأكسدة والاختزال والتحكم الأيوني.