تصف الدراسة ترادفًا جديدًا للبيروفسكايت شمسي الخلية التي لديها القدرة على توفير وسيلة غير مكلفة وأكثر كفاءة لتسخير طاقة الشمس لتوليد الطاقة الكهربائية
اعتمادنا على مصدر غير متجدد طاقة يسمى الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز كان له تأثير سلبي هائل على البشرية والبيئة. يزيد حرق الوقود الأحفوري من تأثير الاحتباس الحراري ويسبب الاحتباس الحراري ويدمر الموائل ويسبب تلوث الهواء والماء والأرض ويؤثر على الصحة العامة. هناك حاجة ملحة لبناء تكنولوجيا مستدامة يمكن أن تساعد في ذلك قوة العالم باستخدام الطاقة النظيفة. طاقة شمسية والتكنولوجيا هي إحدى هذه الأساليب التي لديها القدرة على تسخير ضوء الشمس - مصدر الطاقة المتجددة الأكثر وفرة - وتحويله إلى طاقة كهربائية أو طاقة. العوامل المفيدة ل شمسي لعبت الطاقة من حيث إفادة الإنسان والبيئة دورًا رئيسيًا في تعزيز استخدامها شمسي الطاقة.
السيليكون هو المادة المستخدمة بكثرة شمسي الخلايا في الألواح الشمسية التي تتوفر في السوق اليوم. العملية الكهروضوئية شمسي يمكن للخلايا تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء دون استخدام إضافي لأي وقود. تصميم وكفاءة السيليكون شمسي لقد تحسنت اللوحات بشكل ملحوظ على مدى عقود بسبب التقدم في التصنيع والتكنولوجيا. الكفاءة الكهروضوئية أ شمسي تُعرف الخلية بأنها جزء من الطاقة التي تكون على شكل ضوء الشمس والتي يمكن تحويلها إلى كهرباء. تعتبر الكفاءة الكهروضوئية والتكاليف الإجمالية هما العاملان الرئيسيان المحددان في شمسي لوحات اليوم.
وبصرف النظر عن السيليكون شمسي الخلايا جنبا إلى جنب شمسي تتوفر أيضًا خلايا يتم فيها استخدام خلايا محددة تم تحسينها لكل قسم من طيف الشمس مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة الإجمالية. تعتبر مادة تسمى البيروفسكايت أفضل من السيليكون في امتصاص الفوتونات الزرقاء عالية الطاقة من ضوء الشمس، أي جزء آخر من طيف الشمس. البيروفسكايت عبارة عن مادة متعددة البلورات (عادةً ثلاثي هاليد ميثيل أمونيوم الرصاص (CH3NH3PbX3، حيث X هو اليود أو البروم أو ذرة الكلور). من السهل معالجة البيروفسكايت وتحويله إلى طبقات ممتصة لأشعة الشمس. وقد جمعت الدراسات السابقة بين السيليكون والبيروفسكايت في خلايا شمسية، أي وجود خلايا سيليكون على السطح يمكن للجزء العلوي أن يمتص فوتونات الأشعة تحت الحمراء الصفراء والحمراء والقريبة من الأشعة تحت الحمراء جنبًا إلى جنب مع خلايا البيروفسكايت، مما يؤدي إلى مضاعفة إنتاج الطاقة تقريبًا.
في دراسة جديدة نشرت في علوم في 3 مايو، قام الباحثون لأول مرة بتطوير جميع الخلايا الشمسية الترادفية من البيروفسكايت والتي توفر كفاءة تصل إلى 25 بالمائة. تُسمى هذه المادة بفيلم البيروفسكايت المختلط منخفض النطاق ذو فجوة الرصاص والقصدير ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4؛ FA للفورمامينيوم وMA للميثيل الأمونيوم). من عيوب القصدير أنه يتفاعل مع الأكسجين الموجود في الهواء مما يؤدي إلى حدوث عيوب في الشبكة البلورية مما قد يؤدي إلى تعطيل حركة الشحنات الكهربائية في شمسي الخلية مما يحد من كفاءة الخلية. وجد الباحثون طريقة لمنع القصدير الموجود في البيروفسكايت من التفاعل مع الأكسجين. لقد استخدموا مركبًا كيميائيًا يسمى جوانيدينيوم ثيوسيانات لتحسين الخصائص الهيكلية والإلكترونية الضوئية بشكل ملحوظ لأفلام البيروفسكايت ذات الفجوة المنخفضة ذات الفجوة المنخفضة من الرصاص والقصدير. مركب ثيوسيانات الجوانيدينيوم يكسو بلورات البيروفسكايت في شمسي طبقة ماصة وبالتالي تمنع الأكسجين من الدخول للتفاعل مع القصدير. يؤدي هذا على الفور إلى تعزيز كفاءة الخلية الشمسية من 18 إلى 20 بالمائة. وأيضًا، عندما تم دمج هذه المادة الجديدة مع طبقة البيروفسكايت العليا عالية الامتصاص المستخدمة تقليديًا، زادت الكفاءة إلى 25 بالمائة.
تصف الدراسة الحالية لأول مرة تصميم الخلايا الشمسية الترادفية باستخدام جميع أغشية البيروفسكايت الرقيقة ، ويمكن لهذه التقنية يومًا ما أن تحل محل السيليكون في الخلايا الشمسية. المواد الجديدة ذات جودة عالية وغير مكلفة وتصنيعها أبسط بينما التكلفة منخفضة مقارنة بالخلايا الترادفية من السيليكون والسيليكون بيروفسكايت. البيروفسكايت مادة من صنع الإنسان مقارنة بالسيليكون ، والألواح الشمسية القائمة على البيروفسكايت مرنة وخفيفة الوزن وشبه شفافة. على الرغم من أن المادة الحالية ستستغرق بعض الوقت لتتجاوز كفاءة تقنية السيليكون بيروفسكايت. ومع ذلك ، فإن الأفلام متعددة الكريستالات القائمة على البيروفسكايت لديها القدرة على تصميم الخلايا الشمسية الترادفية التي يمكن أن توفر كفاءة تصل إلى 30 في المائة مع الحفاظ على العوامل الأخرى دون عوائق. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لجعل المادة متينة وأكثر استقرارًا وقابلة لإعادة التدوير أيضًا لتقليل التأثير على البيئة. يعد قطاع الطاقة الشمسية من أسرع القطاعات نموًا والهدف النهائي هو اكتشاف بديل واعد للطاقة النظيفة.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
تونج جيه وآخرون. 2019 عمر الناقل> 1 ميكرو ثانية في بيروفسكايت Sn-Pb يتيح استخدام خلايا شمسية ترادفية فعالة من جميع البيروفسكايت. علم ، 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911
