وحدة شمسية مبتكرة من البيروفسكايت تحقق كفاءة تحويل طاقة استثنائية وتقاوم التدهور بفعل الأشعة فوق البنفسجية
قامت مجموعة من الباحثين الأمريكيين ببناء وحدة شمسية من البيروفسكايت بمساحة 15 سم²، تحقق كفاءة تحويل طاقة تزيد عن 16% وتقاوم التدهور الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية. هذه الوحدة الصغيرة تعزز استقرار وكفاءة الألواح الشمسية بفضل استخدام طبقة نقل ثقب البوليمر الجديدة polymer hole transport layer material
جينسونغ هوانغ – المؤلف الرئيسي للبحث، أشار إلى أن استقرار وحدات البيروفسكايت لم يتم إثباته لتلبية العمر المطلوب البالغ 25 عامًا في العديد من التطبيقات، مؤكدًا أن الفريق استطاع بناء اللوحة بعد تحديد آلية تحلل البيروفسكايت الناتج عن الضوء كأحد الأسباب الرئيسية التي تؤثر على استقرار الوحدات.
قام الفريق بالإبلاغ عن آليات تحلل خلايا البيروفسكايت الشمسية تحت أشعة الشمس غير المفلترة وباستخدام مصابيح LED اكتشفوا أن سبب التحلل الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية يعود إلى الترابط الكيميائي الضعيف بين طبقة البيروفسكايت ومواد نقل الفتحة وطبقة أكسيد التوصيل الشفاف على مستوى الخلية. هذا التدهور يؤدي إلى انخفاض كفاءة الخلايا الشمسية تحت ضوء الشمس الذي يحتوي على مكونات الأشعة فوق البنفسجية القوية.
للتغلب على هذا التدهور، قام العلماء بترقية خلايا البيروفسكايت الشمسية باستخدام HTM هجين يعتمد على مزيج من جزيئات جديدة، أدى هذا المزيج إلى وجود طبقة ترابط أقوى عند واجهة البيروفسكايت والركيزة خلال الاختبار الخارجي. كما أوضح الأكاديميون أنهم عززوا الترابط في منطقة البيروفسكايت / HTM / TCO عبر مجموعة حمض الفوسفونيك المرتبطة بـ TCO وعبر مجموعة النيتروجين التي تتفاعل مع الرصاص في البيروفسكايت.
تمكنت وحدة البيروفسكايت الشمسية بتلك المكونات من تحقيق كفاءة تحويل طاقة تزيد عن 16% والاحتفاظ بمستويات الكفاءة لمدة تصل إلى 29 أسبوعًا تقريبًا من الاختبارات الخارجية. تم تأكيد النتائج بشكل مستقل في مسرع بيروفسكايت الكهروضوئي لتقنيات التسويق (PACT) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.
أكد الباحثون أن هذا العرض التوضيحي خطوة حاسمة نحو التسويق التجاري. وأعربوا عن أملهم في أن يتمكن الباحثون والشركات من الاستفادة من بيانات PACT لتحسين موثوقية الوحدات الشمسية.
تم نشر هذا العمل في ورقة بحثية بعنوان “طبقات النقل ذات الفتحات القوية تقلل من التحلل فوق البنفسجي لخلايا البيروفسكايت الشمسية” في مجلة Science ضم فريق البحث أعضاء من جامعة نورث كارولينا، وكلية كولورادو للمناجم، والمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، وجامعة توليدو، وجامعة كاليفورنيا سان دييغو.
يعد هذا البحث تعاونًا حقيقيًا بين الكيميائيين العضويين ومهندسي أجهزة الخلايا الشمسية الذين يعملون معًا لحل المشكلات الكبيرة. وأوضح هوانغ أن الكيمياء اللازمة لإعداد الجزيء المدروس في هذه الدراسة بسيطة نسبيًا وهي مجرد بداية لما يمكن تحقيقه. وأكد أن المجموعة ستستمر في فهم آليات التدهور وإيجاد طرق للتغلب عليها في المشاريع البحثية القادمة.
