يُعدّ تحسين كفاءة الخلايا الشمسية لتحقيق الاستقلالية عن مصادر طاقة الوقود الأحفوري محورًا رئيسيًا في أبحاث الخلايا الشمسية. وقد نجح فريق بقيادة الفيزيائي الدكتور فيليكس لانغ من جامعة بوتسدام، إلى جانب البروفيسور لي مينغ والبروفيسور يونغفانغ لي من الأكاديمية الصينية للعلوم في بكين، في دمج البيروفسكايت مع ماصات عضوية لتطوير خلية شمسية مترادفة تحقق مستويات كفاءة قياسية، وفقًا لما نُشر في مجلة نيتشر العلمية.
يتضمن هذا النهج دمج مادتين تمتصان بشكل انتقائي الأطوال الموجية القصيرة والطويلة - وتحديدًا مناطق الطيف الأزرق/الأخضر والأحمر/الأشعة تحت الحمراء - مما يُحسّن الاستفادة من ضوء الشمس. تقليديًا، كانت أكثر مكونات امتصاص الأشعة الحمراء/الأشعة تحت الحمراء فعالية في الخلايا الشمسية تأتي من مواد تقليدية مثل السيليكون أو سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS). ومع ذلك، تتطلب هذه المواد عادةً درجات حرارة معالجة عالية، مما ينتج عنه بصمة كربونية كبيرة.
في منشورهم الأخير في مجلة Nature، دمج لانغ وزملاؤه تقنيتين واعدتين للخلايا الشمسية: البيروفسكايت والخلايا الشمسية العضوية، التي يمكن معالجتها في درجات حرارة منخفضة ولها تأثير كربوني أقل. كان تحقيق كفاءة مبهرة تبلغ 25.7% باستخدام هذا المزيج الجديد مهمة صعبة، كما أشار فيليكس لانغ، الذي أوضح قائلاً: "لم يكن هذا الإنجاز ممكنًا إلا من خلال الجمع بين تطورين مهمين". كان الإنجاز الأول هو تركيب خلية شمسية عضوية جديدة تمتص الأشعة الحمراء/تحت الحمراء بواسطة منغ ولي، مما يزيد من قدرتها على الامتصاص إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء. وأوضح لانغ قائلاً: "مع ذلك، واجهت الخلايا الشمسية الترادفية قيودًا بسبب طبقة البيروفسكايت، التي تعاني من خسائر كبيرة في الكفاءة عند تصميمها لامتصاص الأجزاء الزرقاء والخضراء من الطيف الشمسي بشكل أساسي. وللتغلب على ذلك، طبقنا طبقة تخميل جديدة على البيروفسكايت، مما يخفف من عيوب المواد ويعزز الأداء العام للخلية".
وقت النشر: ١٢ ديسمبر ٢٠٢٤