إضافة بسيطة تحسّن جودة الأغشية الرقيقة

مواد كيميائية بسيطة تسمى إثيرات الجليكول تساعد على إنتاج أغشية رقيقة عالية الجودة من البيروفسكايت لاستخدامها في صنع الخلايا الشمسية.

اكتشف فريق من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) أن الأغشية الرقيقة المستخدَمة في صناعة الخلايا الشمسية تكون أكثر فاعلية عندما تضاف مواد كيميائية بسيطة تسمى إثيرات الجليكول إلى المزيج الذي تُصنع منه الأغشية.

تقول إسما أوجور -طالبة الدكتوراة في فريق "مركز الطاقة الشمسية" التابع لجامعة كاوست-: "يُعَدُّ هذا اكتشافًا غير متوقع. هذه الإضافة تنتج أغشية رقيقة أكثر اتساقًا، ذات بنية وكفاءة محسَّنتين".

ومواد البيروفسكايت هي مواد لها الهيكل البلوري نفسه لبيروفسكايت أكسيد الكالسيوم والتيتانيوم الموجود في الطبيعة. وقد ثبت أن العديد من مواد البيروفسكايت هاليد المعدنية مفيدة في تجميع طاقة الضوء التي يمكن بعد ذلك استخدامها لتوليد تيار كهربائي. وهذا هو مبدأ التشغيل الأساسي للخلايا الشمسية. ويمكن إضافة البيروفسكايت كطبقة رقيقة فوق الخلايا الشمسية التقليدية؛ لأنها تجمع الأطوال الموجية للضوء الأزرق لتكملة طاقة الأطوال الموجية الحمراء التي تلتقطها المواد التقليدية.

تقول أوجور: "كان هدفنا هو تحسين جودة الأغشية الرقيقة المصنوعة من البيروفسكايت". وقد قرر الفريق إضافة إثيرات الجليكول إلى عملية التصنيع؛ لأنهم كانوا يعلمون أن هذه المواد الكيميائية كانت تُستخدم في السابق للمساعدة في صنع طبقات من أكاسيد المعادن.

وعن طريق تجربة استخدام مخاليط وظروف مختلفة لإثيرات الجليكول، حقق الباحثون في نهاية المطاف سيطرةً أفضل على تشكيل الأغشية الرقيقة المصنوعة من البيروفسكايت؛ لأنهم استطاعوا تحسين بنية حبيبات البيروفسكايت وترتيبها إلى حدٍّ كبير. وقد أدى ذلك إلى زيادة إنتاجية البيروفسكايت وكفاءته، بحيث أصبحت قادرة على الأداء بكفاءة أعلى في تطبيقات الخلايا الشمسية.

كذلك تعمل هذه الطريقة في درجات حرارة أقل من البدائل المتاحة الأخرى، وهو عامل مهم في تحسين فاعلية التكلفة.

وحتى وقتنا الراهن، تمكَّن الفريق فقط من صنع أجهزة صغيرة على نطاق المختبر. ويكمن التحدي الرئيسي التالي -كما يقول فريدريك لاكواي، الذي يقود فريق "مركز الطاقة الشمسية" في كاوست- في توسيع نطاق التصنيع للوصول إلى تطبيقات تجارية. ومن أجل تحقيق ذلك، سيكون على الفريق إيجاد سبل للتغلُّب على عدم استقرار مواد البيروفسكايت التي يستخدمونها.

يقول لاكواي: "لدينا عدة مجموعات في "مركز الطاقة الشمسية" في كاوست تعمل على حل هذه المشكلة، وعلى الاحتياجات الأخرى اللازمة للتنمية التجارية المستقبلية". ويؤكد لاكواي أن مواد البيروفسكايت تمثل أحد مجالات البحث التي تحظى بأولوية متقدمة لدى المركز؛ لإمكانيات تطبيقاتها المحتملة التي تتجاوز الخلايا الشمسية. ويضيف لاكواي مفسرًا: "تتميز مواد البيروفسكايت بالعديد من الخصائص البصرية والإلكترونية المثيرة للاهتمام، وهو ما قد يجعلها مواد مفيدة لتطبيقات لم نفكر فيها من الأساس". ويسلط لاكواي الضوء أيضًا على الطابع التعاوني للمشاريع في "مركز الطاقة الشمسية" في كاوست  ويشيد بالقدرة على الاستفادة من خبرات المتخصصين من عدة مجالات مختلفة بوصفها عوامل رئيسية تُسهِم في نجاحهم.

مراجع

  1. Ugur, E., Sheikh, A.D., Munir, R., Khan, J. I., Barrit, D, Amassian, A. & Laquai, F.  mproved morphology and efficiency of n-i-p planar perovskite solar cells by processing with glycol ether additives. ACS Energy Letters 2, 1960–1968 (2017). | article