بتقنية مبتكرة.. علماء #كاوست يرفعون كفاءة #الخلايا_الشمسية إلى 33.1%

صراحة – واس : حققت جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست)، من خلال فريقها الدولي من العلماء، ومعهد “فراونهوفر” لأنظمة الطاقة الشمسية (ISE)، وجامعة “فرايبورغ”، طريقة مبتكرة تعزز على نحو ظاهر من كفاءة واستقرار الخلايا الشمسية.
ويرتكز هذا الإنجاز على معالجة سطح “البيروفسكايت” في خلايا بيروفسكايت-سيليكون المترابطة بجزيء واحد فقط، ويُتوقع أن يسهم هذا الاكتشاف في توفير مليارات الدولارات للدول التي تتبنى الطاقة الشمسية.
ومكّنت هذه التقنية الخلايا الشمسية المجربة من تحقيق كفاءة تحويل بلغت 33.1%، وجهدًا كهربائيًا مفتوح الدارة قياسيًا بلغ 2.01 فولت، وهما من المؤشرات الحاسمة لأداء الخلايا الشمسية، كما حافظت الأجهزة المعالَجة على أدائها المُحسَّن في أثناء تشغيلها على الساحل السعودي عند درجات حرارة تجاوزت 40 مئوية، ولمدة فاقت 1500 ساعة.
وتوضح الكفاءة سبب الاستثمار الكبير للصناعة في خلايا بيروفسكايت-سيليكون المترابطة، مقارنة بالخلايا السيليكونية التقليدية، التي لا تتجاوز كفاءتها الفيزيائية 30%، إذ يتيح الجمع بين خلية بيروفسكايت وخلية سيليكون في تصميم مترابط الاستفادة المُثلى من الطيف الشمسي، مما يسمح بالتقاط طاقة أكبر من ضوء الشمس.
ويُعد استخدام خلية سيليكونية تقليدية للطبقة السفلية، خيارًا عمليًا بفضل رسوخ تقنيات تصنيعها، غير أن هذه الخلايا تُنقّش عادةً بسطح هرمي لزيادة المساحة السطحية وتحسين الكفاءة، وهو ما يعقد ترسيب طبقة البيروفسكايت على هذا السطح، وحتى وقت قريب لم يكن قد تحقق تمرير سطحي (passivation) عالي الجودة لطبقة البيروفسكايت على هذه الأسطح الهرمية.
وقال أحد المؤلفين الرئيسين للدراسة وعالم في معهد “فراونهوفر” (ISE) الدكتور أسامة الراجي: “حتى الآن لم يُستغل التمرير السطحي بفاعلية في خلايا بيروفسكايت-سيليكون المترابطة ذات السطح المنقوش، إذ اقتصرت النجاحات السابقة غالبًا على التصاميم المسطحة، لكننا تمكنّا من تحقيق تمرير ممتاز عبر ترسيب مركّب 1,3-diaminopropane dihydroiodide (PDAI) على سطح “البيروفسكايت” غير المستوي، وأوجد مركب الـPDAI تأثيرًا كهربائيًا مفيدًا عبر طبقة “البيروفسكايت” بأكملها، وعلى عكس الخلايا “السيليكونية” التقليدية يقتصر تأثير المعالجة على السطح، فقد حسّنت معالجة طبقة “البيروفسكايت” بالـPDAI من خصائص المادة نفسها، بما يرفع من قدرة توصيلها الكهربائي وكفاءتها الكلية”.
وأضاف: “كانت التجارب التي أُجريت في “كاوست” حاسمة، إذ أن الجمع بين الخبراء متعددي التخصصات والبنية التحتية البحثية عالمية المستوى، أسهم إلى حد بعيد في تسريع وتيرة البحث”.
ومع استثمارات المملكة الضخمة في الطاقة الشمسية، يؤكد هذا الإنجاز الدور المتنامي للمملكة كمركز عالمي لأبحاث وابتكارات الطاقة المتجددة، كما يبرز مكانة “كاوست” في قيادة هذا التحول من خلال العلوم المتقدمة والشراكات الدولية.