اكتشاف علمي مهم وكبير في الخلايا الشمسية العضوية: تعزيز الكفاءة والاستقرار
حقق فريق بحث بقيادة البروفيسور فيليب سي.واي. تشاو من جامعة هونغ كونغ تقدمًا كبيرًا في مجال الخلايا الكهروضوئية العضوية (OPV). تركز دراستهم، المنشورة في مجلة Nature Communications، على دور الترشيح البيني بين المانحين والمتقبلين في الخلايا الشمسية البوليمرية الفعالة والمستقرة (Interfacial Donor–Acceptor Percolation)، ومن خلال التحكم في تجميع الجزيئات المبلمرة التي تقبل الإلكترون، تمكن الفريق من تعزيز كفاءة واستقرار خلايا OPV.
Images’ Source: techxplore.com
توفر الخلايا الكهروضوئية العضوية (OPV) بديلاً واعداً للخلايا الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون نظرًا لفعاليتها من حيث التكلفة وقابليتها للطباعة وملاءمتها للبيئة. ومع ذلك، فإن تحقيق كفاءة عالية واستقرار طويل الأمد في أجهزة OPV كان تحديًا كبيرًا.
ركز فريق البحث بقيادة البروفيسور تشاو على جزيء جديد يقبل الإلكترون يسمى Y6، والذي أظهر، عند بلمرته، إمكانية تحسين كفاءة واستقرار أجهزة OPV. من خلال بحثهم، اكتشف الفريق أن التحكم في درجة تجميع متقبلات Y6 المبلمرة (Y6-PAs) أمر بالغ الأهمية لتعزيز توليد الكهرباء في أجهزة OPV.
وجد الفريق أن Y6-PAs تظهر قابلية امتزاج أعلى مع البوليمر المانح مقارنة بالمستقبلات الجزيئية الصغيرة من نفس النوع. يسمح هذا الامتزاج بتكوين شبكة ترشيح نانوية في واجهة الوصلات غير المتجانسة، مما يمنع تجميع Y6-PAs. لا يؤدي هذا الترشيح النانوي إلى تعزيز كفاءة توليد الشحن فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين استقرار مورفولوجيا مزيج البوليمر بشكل كبير، مما يقلل من فقدان أداء الجهاز بمرور الوقت عند تعرضه للإضاءة الشمسية أو Performance Degradation of OPV.
يمكن أن يؤدي هذا الاكتشاف إلى حلول طاقة شمسية أكثر استدامة وقابلة للتطبيق لمختلف التطبيقات. حيث يملك هذا الإنجاز آثار كبيرة على تطوير الألواح الشمسية الكهروضوئية الفعالة والمستقرة القائمة على البوليمر. ويمكن أن يمهد الطريق لحلول طاقة شمسية أكثر استدامة وقابلة للتطبيق والتي يمكن دمجها بسلاسة في بيئتنا، بما في ذلك المباني والمركبات والمنتجات الإلكترونية، وحتى الملابس.
تم إجراء الدراسة بالتعاون مع فريق البروفيسور هارالد آدي من جامعة ولاية كارولينا الشمالية في الولايات المتحدة، وفريق البروفيسور يوانبينغ يي من معهد الكيمياء بالأكاديمية الصينية للعلوم، وفريق البروفيسور هين لاب ييب من جامعة مدينة هونغ كونغ. سمح هذا التعاون متعدد التخصصات بدمج الخبرات من مجموعات بحثية متعددة، بما في ذلك التحليل الطيفي البصري فائق السرعة، والنمذجة الكيميائية الكمومية، ونثر الأشعة السينية السنكروترونية، وتصنيع أجهزة الخلايا الشمسية. كان الدكتور تشن وانغ، زميل ما بعد الدكتوراه في فريق البروفيسور تشاو في جامعة هونج كونج، هو المؤلف الأول لهذه الدراسة.
المصادر:
1- الخبر: Engineers uncover key to efficient and stable organic solar cells
2- الورقة المنشورة: The role of interfacial donor–acceptor percolation in efficient and stable all-polymer solar cells
