ثورة جديدة في تقنيات الطاقة الشمسية: تحقيق كفاءة 17.47% باستخدام خلايا Dion-Jacobson البيروفسكايتية
في ظل التحديات البيئية المتزايدة والبحث المستمر عن حلول مستدامة للطاقة، تُعد الابتكارات في مجال الطاقة المتجددة ضرورية لتحقيق الاستدامة البيئية وتقليل الانبعاثات الكربونية. لقد نجح العلماء في تطوير خلية شمسية تعتمد على تكنولوجيا البيروفسكايت ثنائية الأبعاد من نوع Dion-Jacobson (DJ) و MXene Contacts، مما أظهر نتائج مشجعة بكفاءة تصل إلى 17.47%.
تكنولوجيا البيروفسكايت ثنائية الأبعاد واتصالات MXene
تعد البيروفسكايت ثنائية الأبعاد (2D) في مرحلة Dion-Jacobson (DJ) من التقنيات الواعدة نظرًا لاستقرارها الكبير في ظل الظروف البيئية القاسية وأدائها المتميز في التطبيقات الإلكترونية البصرية. ومع ذلك، كانت هذه الخلايا تعاني من كفاءة أقل مقارنة بنظيراتها ثلاثية الأبعاد. للحد من هذه المشكلة، عمل باحثون من جامعة تشيتكارا في الهند على تطوير خلية شمسية DJ perovskite ثنائية الأبعاد باستخدام تقنيات فجوة النطاق ومواد MXene.
تُصنع مواد MXene عن طريق حفر طبقات ذرية محددة من بلورة كبيرة تُعرف باسم MAX، وهي تشبه في شكلها الجرافين. تتميز هذه المواد بخصائصها الإلكترونية الضوئية الفريدة مثل حركة حامل الشحنة العالية، والتوصيل المعدني الممتاز، والنفاذية البصرية العالية، ووظيفة العمل القابلة للضبط، مما يجعلها واعدة للاستخدام في التكنولوجيا الكهروضوئية.
تحسين الأداء باستخدام MXene
أوضح الباحثون أن اختيار طبقة نقل الإلكترون (ETL) وطبقة نقل الثقب (HTL) المناسبة هو المفتاح لتحقيق محاذاة مستوى الطاقة المتوافقة مع طبقة DJ-perovskite، مما يساعد ناقلات الشحن على التحرك بسلاسة عبر الطبقات وتقليل خسائر إعادة التركيب. تم استخدام ETL مصنوع من إستر ميثيل حمض الفينيل-C61-زبدي (PCBM) وHTL يعتمد على أكسيد الفاناديوم (V2O5)، بالإضافة إلى مواد MXene تُعرف باسم Ta4C3F2 وT14N3 لجهات الاتصال الخلوية.
تحقيق كفاءة ملحوظة
بعد بناء الخلية الشمسية باستخدام هذه المواد، تم اختبارها في ظل ظروف الإضاءة القياسية. حققت الخلية كفاءة تحويل طاقة بلغت 17.47%، وجهد دائرة مفتوحة بلغ 1.05 فولت، وكثافة تيار دائرة قصر بلغت 19.6 مللي أمبير سم-2، وعامل تعبئة بلغ 84.25%. تظهر هذه النتائج إمكانيات هذا النهج الجديد في تحسين تكنولوجيا الخلايا الشمسية البيروفسكايتية ثنائية الأبعاد.
تطبيقات مستقبلية
يخطط العلماء لمواصلة البحث في التطبيقات المحتملة لملفات التصنيف المختلفة في التقنيات ثنائية الأبعاد المعتمدة على DJ-perovskite. ستساعد هذه الابتكارات في تعزيز كفاءة الطاقة الشمسية وتحقيق استدامة أكبر في المستقبل.
