بنسبة 25%.. خلية «بيروفسكايت» شمسية تحطم الرقم القياسي للكفاءة

نجح باحثون من جامعة نورث وسترن، برفع كفاءة خلايا «البيروفسكايت»، من خلال تطور جديد ساعد التكنولوجيا الناشئة على تحقيق أرقام قياسية جديدة.

وتصف النتائج، التي نُشرت في 17 نوفمبر/تشرين الثاني في مجلة «ساينس»، طلاء جديدا للخلايا يعتمد على محلول ثنائي الجزيء للتغلب على الخسائر في الكفاءة أثناء تحويل ضوء الشمس إلى طاقة؛ حيث يعمل أحد الجزيئات على معالجة ما يسمى إعادة التركيب السطحي، إذ يتم فقدان الإلكترونات عندما تكون محاصرة بسبب العيوب (ذرات مفقودة على السطح)، وجزيء ثانٍ لتعطيل إعادة التركيب عند السطح البيني بين الطبقات، وحصلت الخلية الجديدة على كفاءة معتمدة بنسبة 25.1%؛ حيث وصلت الأساليب السابقة إلى كفاءة تبلغ 24.09% فقط.

ويقول تيد سارجنت، أستاذ الكيمياء في جامعة نورثويسترن إن «تكنولوجيا الطاقة الشمسية، البيروفسكايت، تتحرك بسرعة؛ حيث يتحول التركيز على البحث والتطوير من امتصاص المواد السائبة إلى الواجهات البينية، وهذه هي النقطة الحاسمة لمواصلة تحسين الكفاءة والاستقرار وتقربنا من هذا الطريق الواعد لحصاد الطاقة الشمسية الأكثر كفاءة من أي وقت مضى».

• البيروفسكايت.. خلايا شمسية تعمل بالمناخ المتطرف (مقابلة)
• تشغيل «مدينة إكسبو» بالكامل بالطاقة المتجددة.. رحلة الحياد المناخي
  
  

وتصنع الخلايا الشمسية التقليدية من رقائق السيليكون عالية النقاء، والتي تستهلك الكثير من الطاقة لإنتاجها ويمكنها فقط امتصاص نطاق ثابت من الطيف الشمسي.

ومواد «البيروفسكايت» يمكن تعديل حجمها وتركيبها «لضبط» الأطوال الموجية للضوء الذي تمتصه، مما يجعلها تكنولوجيا ترادفية ناشئة مواتية، ومن المحتمل أن تكون منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة.

وتاريخيا، واجهت خلايا «البيروفسكايت» الشمسية تحديات لتحسين الكفاءة بسبب عدم استقرارها النسبي، وعلى مدى السنوات القليلة الماضية، أدت التطورات التي حققها مختبر سارجنت وآخرون إلى رفع كفاءة خلايا «البيروفسكايت» الشمسية إلى نفس النطاق الذي يمكن تحقيقه باستخدام السيليكون.

وفي البحث الحالي، بدلًا من محاولة مساعدة الخلية على امتصاص المزيد من ضوء الشمس، ركز الفريق على مسألة الحفاظ على الإلكترونات المتولدة والاحتفاظ بها لزيادة الكفاءة، وعندما تتصل طبقة «البيروفسكايت» بطبقة نقل الإلكترون في الخلية، تنتقل الإلكترونات من واحدة إلى أخرى، لكن يمكن للإلكترون أن يتحرك للخلف نحو الخارج ويملأ أو «يتحد» مع الثقوب الموجودة في طبقة «البيروفسكايت».

ويقول تشينغ ليو، وهو طالب ما بعد الدكتوراه في مختبر سارجنت، والمشارك بالدراسة إن: «إعادة التركيب في الواجهة أمر معقد، ومن الصعب جدًا استخدام نوعٍ واحدٍ من الجزيئات لمعالجة إعادة التركيب المعقد والاحتفاظ بالإلكترونات، لذلك فكرنا في مجموعة الجزيئات التي يمكننا استخدامها لحل المشكلة بشكل أكثر شمولًا».

ووجدت الأبحاث السابقة التي أجراها فريق سارجنت دليلًا على أن جزيئا واحدا، وهو PDAI2، يقوم بعمل جيد في حل إعادة تركيب الواجهة، بعد ذلك، احتاجوا إلى العثور على جزيء آخر ثانوي يعمل على إصلاح العيوب السطحية ومنع الإلكترونات من إعادة الاتحاد معها.