يُظهر بحث جديد الوعد الكبير بتحسين قدرة الخلايا الشمسية

يوضح بحث جديد الوعد الكبير لجميع خلايا Perovskite الشمسية المعدنية لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية.

لقد ثبت بالفعل أن البيروكسيدات العضوية غير العضوية الهجينة تتمتع بكفاءات كهروضوئية تزيد عن 25٪. الحكمة السائدة في هذا المجال هي أن الجزيئات العضوية (المحتوية على الكربون والهيدروجين) في المادة مهمة لتحقيق هذا الأداء المذهل لأنه يُعتقد أنها تمنع إعادة تشكيل الناقل بمساعدة العيوب.

لم يُظهر بحث جديد في مجال منتجات جامعة كاليفورنيا بسانتا باربرا أن هذا الافتراض غير صحيح فحسب ، بل أظهر أيضًا أن جميع المنتجات المعدنية لديها القدرة على التفوق في الأداء على البيروفسكايت الهجين. نُشرت النتائج في عدد 20 أكتوبر 2021 من غلاف مقالة “هاليد بيروفسكايت العضوي بالكامل كمرشحين لخلايا شمسية فعالة”. تقارير فسيولوجيا الخلية.

أوضح Xi Jong ، الباحث الرئيسي في الدراسة: “لمقارنة المواد ، قمنا بعمل محاكاة مفصلة لخوارزميات الاستعادة”. “عندما يضيء الضوء على جسم خلية شمسية ، تولد الحاملات الناتجة عن الصورة تيارًا ؛ إعادة الترتيب في العيوب يدمر بعض هذه الناقلات ، وبالتالي يقلل الأداء. تعمل العيوب كقاتل للأداء.”

لمقارنة البيروفسكايت المعدني والهجين ، فحص الباحثون نموذجين أوليين. تحتوي كلتا المادتين على ذرات من الرصاص واليود ، ولكن في حالة واحدة يكتمل التركيب البلوري بواسطة عنصر معدني السيزيوم ، وفي الحالة الأخرى ، جزيء الميثيلامونيوم العضوي.

من الصعب جدًا نشر هذه العمليات بشكل تجريبي ، لكن الحسابات الميكانيكية الكمومية المعقدة يمكن أن تتنبأ بدقة بمعدلات الاستعادة. ساعد Duryansky ، وهو طالب دراسات عليا على السبورة ، في كتابة الكود لحساب معدلات إعادة الهيكلة.

قال Duryansky: “أساليبنا قوية جدًا في تحديد العيوب التي تسبب فقدان الناقل”. “إنه لأمر مثير أن نرى الجيل الموهوب من الطاقة المتجددة يتبنى واحدة من أهم القضايا في عصرنا.”

أظهرت عمليات المحاكاة التمكينية أن العيوب الشائعة لكلتا المادتين تؤدي إلى ظروف إعادة بناء مماثلة (وغير ضارة نسبيًا). ومع ذلك ، قد يتحلل الجزيء العضوي في البيروفسكايت الهجين ؛ عندما يحدث فقدان ذرات الهيدروجين ، فإن “الشواغر” الناتجة تقلل الكفاءة بشدة. يمكن أن يضر وجود الجزيء أكثر من نفعه للأداء العام للمادة.

لماذا ، لم يتم ملاحظتها تجريبياً؟ من الصعب جدًا زراعة طبقات عالية الجودة من جميع المعادن بشكل أساسي. تميل إلى قبول الهياكل البلورية الأخرى وتتطلب المزيد من الجهود التجريبية لتعزيز تكوين الهيكل المطلوب. ومع ذلك ، تظهر الأبحاث الحديثة أنه من الممكن بالتأكيد تحقيق الهيكل المطلوب. ومع ذلك ، فإن الصعوبة تفسر سبب عدم حصول جميع البيروكسيدات المعدنية على الكثير من الاهتمام حتى الآن.

واختتم فان دي فيل بالقول: “نأمل أن تؤدي نتائجنا بشأن الأداء المتوقع إلى نشاط أكبر في إنتاج البيروكسيدات المعدنية”.

ملاحظة: “جميع الهاليد بيروفسكايت المعدنية كمرشحين لخلايا شمسية فعالة” زيه زانج ومارك إي توريانسكي وكريس ج.فان دي والي ، 11 أكتوبر 2021 ، تقارير فسيولوجيا الخلية.
DOI: 10.1016 / j.xcrp.2021.100604

تم تمويل البحث من قبل مكتب القسم العلمي ، الذي قدمه مكتب علوم الطاقة الأساسية ؛ تم إجراء الحسابات في مركز الكمبيوتر القومي لأبحاث علوم الطاقة.