رفع كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية بالملح.. مفاجأة علمية بمشاركة سعودية
حققت مساعي رفع كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية إنجازًا جديدًا على يد علماء المختبر الوطني الأميركي للطاقة المتجددة (NREL)، بما يمهّد لوصولها إلى السوق التجارية.
وبحسب بيان صحفي حصلت منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن) على نسخة منه، أدخل الباحثون في التجربة الجديدة تغييرات على بُنية خلية البيروفسكايت عبر إضافة الأملاح.
وفي مفاجأة للعلماء، أثبتت التجارب ارتفاع كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية في التجارب المختبرية الأولية إلى 26.1% مع نسبة تدهور منخفضة.
ويمهّد ذلك لمواجهة أبرز عيوب مادة البيروفسكايت، وهو محدودية عمرها الافتراضي الذي لا يدوم سوى نحو 5% من عمر خلية السيليكون؛ حيث تبدأ خلية البيروفسكايت في التدهور بعد عام واحد فقط من الاستعمال مقارنةً بخلايا السيليكون التي تدوم 20 عامًا.
شارك في البحث علماء جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية في المملكة العربية السعودية وجامعة نيو كاسل في المملكة المتحدة وجامعة كولورادو بولدر وجامعة توليدو وجامعة أريزونا في الولايات المتحدة.
كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية
خلايا البيروفسكايت الشمسية هي بناء بلوري أثبت كفاءة عالية بوصفه مادة شبه موصلة لامتصاص ضوء الشمس، لكن ما زالت الأبحاث جارية لتحسين الأداء على المدى الطويل.
وتعتمد التقنية الأميركية الجديدة لرفع كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية على استبدال طبقة الفوليرين داخل بنية تلك الخلايا بالأملاح.
وبحسب المعلومات لدى منصة الطاقة المتخصصة، الفوليرينات هي جزيئات تتكوّن من ذرات الكربون، وتكون على شكل كرة مجوفة، وتُستعمل بوصفها مستقبلات للإلكترونات.
وقال العلماء، إن التقنية المبتكرة تشير إلى “نهج واعد” لدفع تقنيات خلايا البيروفسكايت الشمسية نحو التسويق على النطاق التجاري.
إذ سجلت الكفاءة الأولية المسجلة بالمختبر للخلايا التي تستعمل الأملاح 26.1% بالمقارنة بـ25.5% في الخلايا ذات جزيئات الكربون الموجودة في مادة “بوكمينستر فوليرين” التي تحتوي على 60 ذرة (fullerene C60).
ويشيع استعمال تلك المادة داخل الطبقة الناقلة للإلكترونات في خلايا البيروفسكايت المقلوبة، إلّا أن طبيعتها الجزيئية تسبّب ضعفًا في التوصيل وتقيّد أداء الخلايا.
إضافة مواد جديدة
كشف كبير العلماء في المختبر الوطني للطاقة المتجددة وأحد المشاركين في البحث كاي تشو عن أن التحسينات على خلايا البيروفسكايت الشمسية شملت تغيير البنية الكيميائية للطبقة الناقلة للإلكترونات.
وبحسب تشو، فإن تلك الطبقة أساسية في حركة الإلكترونات الناتجة عن ضوء الشمس داخل الخلية، ومن ثم توليد الكهرباء.
وخلال التجربة، أضاف العلماء أحماضًا ومركبات كيميائية تفاعلت مع مادة بوكمينستر فوليرين الكربونية لتكوُّن الملح الذي أُطلق عليه اسم “سي بي إم إيه سي” (CPMAC).
وباستعمال تلك المادة، حقّق الباحثون كفاءة مختبرية بنسبة 26% مع تدهور بنسبة 2% تقريبًا بعد 2100 ساعة من التشغيل عند درجة حرارة 65 مئوية.
وبلغت الكفاءة 25.5% مع تدهور بنسبة 5% تقريبًا بعد 1500 ساعة تشغيل بدرجة حرارة 85 مئوية.
وفي وحدة شمسية مكونة من 4 خلايا، بلغت الكفاءة 23% بتدهور يقلّ عن 9% بعد 2200 ساعة من التشغيل عند درجة حرارة 55 مئوية.
وأدى ذلك إلى زيادة بمقدار 3 أضعاف في القوة الميكانيكية لطبقة نقل الإلكترونات داخل الخلية، وهو ما يزيد متانة خلايا البيروفسكايت الشمسية، ويزيد من ثباتها على المدى الطويل.
موضوعات متعلقة..
- حل سحري لخلايا البيروفسكايت الشمسية.. يرفع كفاءتها إلى 26%
- ابتكار جديد لخلايا البيروفسكايت الشمسية.. يطيل عمرها 3 مرات
- خلايا البيروفسكايت الشمسية تسجل رقمًا قياسيًا.. وكفاءة 80%
اقرأ أيضًا..
- الطاقة المتجددة في الأردن.. 9 قرارات تدعم الاقتصاد الأخضر بالربع الأول 2025
- مصر تترقب حقل غاز باحتياطيات 3 تريليونات قدم مكعبة.. تطورات جديدة
- حقل بارس الجنوبي الإيراني يشهد خطوة جديدة.. احتياطياته 14 تريليون متر مكعب
- نمو قدرة بطاريات تخزين الكهرباء بعيدًا عن الصين.. ما دور المغرب وإندونيسيا؟
المصدر:
إقرأ: رفع كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية بالملح.. مفاجأة علمية بمشاركة سعودية على منصة الطاقة