خلية بيروفسكايت شمسية جديدة تحقق كفاءة تتجاوز 25% ومتانة استثنائية
سولارابيك، الولايات المتحدة الأمريكية- 17 مايو 2025: حقق فريق من العلماء بجامعة كورنيل الأمريكية إنجازًا لافتًا بتطوير مادة جديدة تعزز بشكل كبير متانة وأداء خلايا البيروفسكايت الشمسية، مسجلةً كفاءة تحويل لأشعة الشمس إلى كهرباء تتجاوز 25%. يمثل هذا التقدم خطوة مهمة نحو التغلب على عقبات رئيسية حالت دون الانتشار التجاري الواسع لهذه التقنية الواعدة، خاصة فيما يتعلق بقابليتها للتأثر بالحرارة والرطوبة والضوء.
هندسة جزيئية لدرع واقٍ فائق الأداء
ابتكر الباحثون في جامعة كورنيل بنيويورك تصميمًا يعتمد على دمج نوعين من مواد البيروفسكايت، حيث يعمل كل نوع على دعم الآخر على المستوى الجزيئي، مشكلين ما وصفوه بـ”المصافحة المثالية”. يتألف هذا التصميم من درع ثنائي الأبعاد متين ومقاوم للعوامل الجوية، يعمل كطلاء واقٍ للطبقة الهشة من البيروفسكايت ثلاثي الأبعاد الموجودة أسفله. أوضح البروفيسور تشيومينغ يو، أستاذ الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية، ومرشح الدكتوراه شريباثي راماكريشنان، اللذان قادا البحث، أن هذا الهيكل الهجين يعالج التحدي الأبرز في تكنولوجيا البيروفسكايت، فبالرغم من تميزها بوزنها الخفيف وكلفتها المنخفضة وكفاءتها العالية التي تتفوق أحيانًا على خلايا السيليكون التقليدية، شكلت حساسيتها للعوامل البيئية عائقًا كبيرًا.
تجاوز تحدي الاستقرار: من ميثيل الأمونيوم إلى فورماميدينيوم
تغلبت المقاربة الجديدة على مشكلة عدم استقرار مادة ميثيل الأمونيوم (MA)، وهي نظير للأمونيوم كان يُستخدم سابقًا ويتحلل بسرعة عند تعرضه لأشعة الشمس، مما يحد من عمر الخلايا. استبدل الفريق مادة ميثيل الأمونيوم بمادة فورماميدينيوم (FA)، وهي مادة امتصاص مثالية لا تتحلل بسهولة، لكن حجمها الأكبر كان يسبب إجهادًا داخليًا في التركيب البلوري للمادة، مانعًا تكوين طبقة ثنائية الأبعاد مستقرة. جاء الحل عبر مفهوم “تطابق الشبكة البلورية”، حيث تم اختيار كاتيونات عضوية (ربيطات) بعناية فائقة لتتوافق طبيعيًا مع كل من كاتيون قفص الفورماميدينيوم (FA cage cation) والتركيب البلوري المحيط. أوضح راماكريشنان أن الربيطة في البيروفسكايت ثنائي الأبعاد تحاول تقليص الشبكة، بينما يعمل كاتيون قفص الفورماميدينيوم على توسيعها، وتم اختيار ربيطة لا تضغط بشكل مفرط على القفص، مما يسمح بتمدد طفيف لاستيعاب كاتيون الفورماميدينيوم الأكبر.
نتائج واعدة تؤكد التفوق والمتانة
أثبتت الاختبارات كفاءة هذا التصميم المبتكر، حيث وصلت كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية الجديدة (2D-on-3D) إلى 25.3%، وهو رقم يُعد تنافسيًا للغاية في صناعة الطاقة الشمسية. والأهم من ذلك، أظهرت الخلايا الشمسية فقدانًا بنسبة 5% فقط من أدائها بعد تعرضها لقرابة 50 يومًا من التقادم المتسارع تحت تأثير الضوء والحرارة مجتمعين، وهي ظروف تحاكي التشغيل الفعلي في البيئات الواقعية. أكدت تقنيات التوصيف المتقدمة أن الطبقة ثنائية الأبعاد المصممة وفرت استقرارًا استثنائيًا في مواجهة الضوء والحرارة والرطوبة، متفوقة بذلك على النماذج المعتمدة على مادة ميثيل الأمونيوم.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: cornell
image source: cornell
The post خلية بيروفسكايت شمسية جديدة تحقق كفاءة تتجاوز 25% ومتانة استثنائية appeared first on Solarabic سولارابيك. Written by بسمه عبود