مجلة أقلام مرحبا بك في مجلة أقلام , هنا ستجد آخر المقالات والأخبار
بدا نوع جديد من تكنولوجيا الطاقة الشمسية واعدًا في السنوات الأخيرة. تعد خلايا هاليد بيروفسكايت الشمسية عالية الأداء ومنخفضة التكلفة لإنتاج الطاقة الكهربائية – وهما مكونان ضروريان لأي تقنية شمسية ناجحة في المستقبل. لكن يجب أن تتطابق مواد الخلايا الشمسية الجديدة أيضًا مع استقرار الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون ، والتي تتباهى بأكثر من 25 عامًا من الموثوقية.
في بحث نُشر حديثًا ، أظهر فريق بقيادة Juan-Pablo Correa-Baena ، الأستاذ المساعد في كلية علوم وهندسة المواد في Georgia Tech ، أن خلايا هاليد بيروفسكايت الشمسية أقل استقرارًا مما كان يُعتقد سابقًا. يكشف عملهم عن عدم الاستقرار الحراري الذي يحدث داخل طبقات واجهة الخلايا ، ولكنه يوفر أيضًا مسارًا للأمام نحو الموثوقية والكفاءة لتقنية هاليد بيروفسكايت الشمسية. بحثهم ، الذي نُشر كقصة غلاف لمجلة Advanced Materials في ديسمبر 2022 ، له آثار فورية على كل من الأكاديميين والمتخصصين في الصناعة الذين يعملون مع البيروفسكايت في الخلايا الكهروضوئية ، وهو مجال يهتم بالتيارات الكهربائية الناتجة عن ضوء الشمس.
تعد الخلايا الشمسية من الرصاص الهاليد بيروفسكايت بتحويل فائق لأشعة الشمس إلى طاقة كهربائية. في الوقت الحالي ، تتمثل الإستراتيجية الأكثر شيوعًا لإقناع كفاءة التحويل العالية خارج هذه الخلايا في معالجة أسطحها بأيونات كبيرة موجبة الشحنة تُعرف باسم الكاتيونات.
هذه الكاتيونات أكبر من أن تتناسب مع شبكة المقياس الذري للبيروفسكايت ، وعند الهبوط على بلورة البيروفسكايت ، تغير بنية المادة في الواجهة حيث يتم ترسيبها. تحد عيوب النطاق الذري الناتجة من فعالية الاستخراج الحالي من الخلية الشمسية. على الرغم من إدراك هذه التغييرات الهيكلية ، فإن البحث حول ما إذا كانت الكاتيونات مستقرة بعد الترسيب محدود ، مما يترك فجوة في فهم العملية التي يمكن أن تؤثر على قابلية البقاء على المدى الطويل لخلايا هاليد بيروفسكايت الشمسية.
قال Correa-Baena: “كان قلقنا من أنه خلال فترات طويلة من تشغيل الخلايا الشمسية ، ستستمر إعادة بناء الواجهات”. “لذلك ، سعينا إلى فهم وإثبات كيفية حدوث هذه العملية بمرور الوقت.”
لإجراء التجربة ، ابتكر الفريق عينة جهاز شمسي باستخدام أفلام البيروفسكايت النموذجية. يتميز الجهاز بثماني خلايا شمسية مستقلة ، والتي تمكن الباحثين من التجربة وتوليد البيانات بناءً على أداء كل خلية. لقد درسوا كيفية أداء الخلايا ، سواء مع المعالجة السطحية الكاتيونية أو بدونها ، ودرسوا الواجهات المعدلة الكاتيونية لكل خلية قبل وبعد الإجهاد الحراري المطول باستخدام تقنيات توصيف الأشعة السينية القائمة على السنكروترون.
أولاً ، كشف الباحثون العينات المعالجة مسبقًا إلى 100 درجة مئوية لمدة 40 دقيقة ، ثم قاسوا تغيراتها في التركيب الكيميائي باستخدام التحليل الطيفي الضوئي بالأشعة السينية. استخدموا أيضًا نوعًا آخر من تقنية الأشعة السينية للتحقيق بدقة في نوع الهياكل البلورية التي تتشكل على سطح الفيلم. بدمج المعلومات من الأداتين ، يمكن للباحثين تصور كيفية انتشار الكاتيونات في الشبكة وكيف يتغير هيكل الواجهة عند تعرضها للحرارة.
بعد ذلك ، لفهم كيفية تأثير التغييرات الهيكلية التي يسببها الكاتيون على أداء الخلايا الشمسية ، استخدم الباحثون التحليل الطيفي لارتباط الإثارة بالتعاون مع Carlos Silva ، أستاذ الفيزياء والكيمياء في Georgia Tech. تعرض هذه التقنية عينات الخلايا الشمسية لنبضات ضوئية سريعة جدًا وتكتشف شدة الضوء المنبعث من الفيلم بعد كل نبضة لفهم كيفية فقد الطاقة من الضوء. تسمح القياسات للباحثين بفهم أنواع عيوب السطح الضارة بالأداء.
أخيرًا ، ربط الفريق التغييرات في البنية والخصائص الكهروضوئية بالاختلافات في كفاءات الخلايا الشمسية. كما قاموا بدراسة التغيرات الناجمة عن درجات الحرارة المرتفعة في اثنين من أكثر الكاتيونات استخدامًا ولاحظوا الاختلافات في الديناميكيات في واجهاتهم.
قال كارلو بيريني ، عالم الأبحاث في مختبر Correa-Baena والمؤلف الأول للورقة: “كشف عملنا أن هناك عدم استقرار ناتج عن العلاج ببعض الكاتيونات”. “ولكن الخبر السار هو أنه من خلال الهندسة المناسبة لطبقة الواجهة ، سنشهد استقرارًا معززًا لهذه التكنولوجيا في المستقبل.”
تعلم الباحثون أن أسطح أغشية هاليد بيروفسكايت المعدنية المعالجة بالكاتيونات العضوية تستمر في التطور في التركيب والتركيب تحت الضغط الحراري. لقد رأوا أن التغييرات الناتجة على النطاق الذري في الواجهة يمكن أن تسبب خسارة كبيرة في كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية. بالإضافة إلى ذلك ، وجدوا أن سرعة هذه التغييرات تعتمد على نوع الكاتيونات المستخدمة ، مما يشير إلى أن الواجهات المستقرة قد تكون في متناول اليد مع هندسة مناسبة للجزيئات.
قال Correa-Baena: “نأمل أن يجبر هذا العمل الباحثين على اختبار هذه الواجهات في درجات حرارة عالية والبحث عن حلول لمشكلة عدم الاستقرار”. “يجب أن يوجه هذا العمل العلماء في الاتجاه الصحيح ، إلى منطقة يمكنهم فيها التركيز من أجل بناء تقنيات شمسية أكثر كفاءة واستقرارًا.”
