نجح باحثون صينيون في تطوير خلايا البيروفسكايت الشمسية بكفاءة غير مسبوقة، من شأنها أن تقلّل هجرة الأيونات بصفة فاعلة وتوفير كفاءة أعلى.
ووفق الدراسة التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، طوّر علماء من جامعة هواكياو الصينية هذه الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت بكفاءة تصل إلى 26.39%.
وكشف الباحثون عن أن هذه الخلايا تستعمل طبقة بينية انتقائية تمنع انتشار الأيونات لزيادة استقرار الجهاز؛ إذ يُعتقد أن السبب الرئيس لعدم استقرار خلايا البيروفسكايت الشمسية هو هجرة الأيونات.
وتستعمل هذه الخلايا غشاءً فائق الرقة مصنوعًا من مادة بوليمرية تُعرف باسم "دي 18"، التي يُقال إنها توفّر تغطية مطابقة على سطح فيلم البيروفسكايت بسبب سيولتها العالية.
عيوب خلايا البيروفسكايت الشمسية
زعم العلماء الصينيون أن خلايا البيروفسكايت الشمسية أظهرت أعمارًا تشغيلية محدودة؛ بسبب انتشار الأيونات من طبقة إلى طبقة في الوصلة غير المتجانسة بين البيروفسكايت وطبقة نقل الثقوب (HTL)؛ ما يؤدي إلى انخفاض التوصيل في طبقة نقل الثقوب، وفقدان المكونات في البيروفسكايت.
ووفق الدراسة التي اطّلعت منصة الطاقة على تفاصيلها، أوضح العلماء أن فكرة دمج طبقة انتقائية للثقوب في خلايا البيروفسكايت مستوحاة من خلايا وقود غشاء تبادل البروتون (PEM)، إذ يعمل غشاء تبادل البروتون بوصفه موصلًا للبروتون، مع منع انتشار الأنواع الكيميائية الأخرى.
وقال الباحثون: "إن تصميم الحواجز الداخلية التي تمنع انتشار الأيونات من طبقة إلى طبقة أمر بالغ الأهمية، لتحسين عمر تشغيل خلايا البيروفسكايت الشمسية".
وتابعوا: "لتحقيق خلايا البيروفسكايت الشمسية عالية الاستقرار بكفاءة عالية، من المتوقع أن تنقل الطبقة الانتقائية للثقوب المدخلة بكفاءة الثقوب الناتجة عن الضوء، وتمنع انتشار الأيونات"، بحسب التصريحات التي نقلتها مجلة "بي في ماغازين" (PV Magazine).
خلايا البيروفسكايت الجديدة
قدّم العلماء طبقة بوليمرية فائقة الرقة (ما يصل إلى 7 نانومترات) تُسمّى "دي 18" ذات قدرة ممتازة على حجب الأيونات بين البيروفسكايت وطبقة نقل الثقوب لمعالجة هذه المشكلات.
وكشفت الدراسة المنشورة في مجلة نيتشر (Nature)، عن أن الطبقة فائقة الرقة "دي 18" تمنع بصورة فاعلة انتشار أيونات الليثيوم والميثيل أمونيوم والفورماميديوم واليوديد من طبقة إلى أخرى.
بالإضافة إلى ذلك، تعمل "دي 18" على تحسين محاذاة مستوى الطاقة عند واجهة البيروفسكايت وطبقة نقل الثقوب وتسهّل استخراج الثقوب بكفاءة.
كما زعم الباحثون أن خلايا البيروفسكايت الشمسية تحقّق كفاءة 26.39%، و25.02% مع مساحات فتحة 0.12 و1.00 سنتيمتر مربع على التوالي.
ومن المثير للدهشة أن الخلايا تحتفظ بنسبة 95.4% من الكفاءة الأولية بعد 1100 ساعة من التشغيل؛ ما يمثل تقدمًا كبيرًا في الاستقرار لخلايا البيروفسكايت الشمسية عالية الكفاءة، بحسب ما نقلته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).
تطورات خلايا البيروفسكايت الشمسية
في سياقٍ متصل، سجّلت خلايا البيروفسكايت الشمسية تطورات مهمة، تُعزز من نشرها على نطاق واسع، بما يتماشى مع جهود نشر تقنيات الطاقة المتجددة الأحدث عالميًا.
وأشار محللون إلى أنه بحلول نهاية عام 2024، من المتوقّع أن تكون قدرات هذه الخلايا قد وصلت إلى 1 غيغاواط، وترتفع إلى 6 غيغاواط بحلول نهاية عام 2025 الجاري.
وتتمتع خلايا البيروفسكايت ببنية بلورية توفّر امتصاصًا قويًا للضوء، كما أنها تحظى بخاصية الشحن الكهربائي، ويسعى عدد من الشركات إلى دمج خلايا البيروفسكايت مع السيليكون المكون الرئيس الحالي للخلايا الشمسية لإنتاج ما يُعرف بالخلايا الترادفية.
وتتطلّب خلايا البيروفسكايت طبقات رقيقة جدًا ممتصة للضوء، وعادةً ما تكون المواد المستعملة منخفضة التكلفة ووفيرة.
ويقود ذلك المدافعين عن الصناعة إلى القول إنه إذا آُنتِجَت خلايا البيروفسكايت على نطاق خلايا السيليكون، فستكون لها بصمة كربونية أقل.