كفاءة وعمر قياسي: أبحاث جديدة تقضي على عيب رئيسي في الخلايا الشمسية العضوية

اكتشف باحثون في جامعة Åbo Akademi آلية خسارة لم تكن معروفة سابقًا في الخلايا الشمسية العضوية وتمكنوا من التخلص منها، مما أدى إلى تحسين كبير في كفاءتها وزيادة عمرها الافتراضي. حقق منهجهم كفاءة تتجاوز 18% وعمرًا قياسيًا بلغ 24,700 ساعة، مما يمهد الطريق لتقنيات شمسية أكثر متانة وقابلة للتسويق. (تصور فني). المصدر: SciTechDaily.com

نجح الباحثون في تحسين كفاءة واستقرار الخلايا الشمسية العضوية من خلال التخلص من آلية الخسارة باستخدام طبقة SiOxNy للحماية، مما أدى إلى أداء وعمر قياسيين.

اكتشاف جديد يعزز أداء واستقرار الخلايا الشمسية العضوية

اكتشف باحثون في جامعة Åbo Akademi في فنلندا آلية خسارة غير معروفة سابقًا في الخلايا الشمسية العضوية وتمكنوا من القضاء عليها، مما أدى إلى تحسين كفاءتها وزيادة عمرها الافتراضي بشكل كبير. يفتح هذا الإنجاز آفاقًا جديدة لتحسين أداء واستقرار تقنية الخلايا الشمسية العضوية في المستقبل.

أُجريت الدراسة من قبل فريق أبحاث الإلكترونيات العضوية في جامعة Åbo Akademi بالتعاون مع فريق البروفيسور تشانغ-تشي ما في معهد سوتشو للتقنية النانوية والبيونانوية. ومن بين المساهمين الرئيسيين من جامعة Åbo Akademi: رونالد أوسترباكا، سيباستيان ويلكن، وأوسكار ساندبرج.

كفاءة وعمر قياسيان

أظهرت الدراسة كفاءة متميزة تزيد عن 18% في الخلايا الشمسية المقلوبة الهيكلية ذات مساحة 1 سم². كما حققت أطول عمر مسجل حتى الآن للخلايا الشمسية العضوية، حيث بلغ 24,700 ساعة تحت إضاءة بيضاء، ما يعادل عمرًا تشغيليًا متوقعًا يزيد عن 16 عامًا.

تتميز الخلايا الشمسية العضوية بإمكانات تجارية مثيرة للاهتمام بفضل خفة وزنها ومرونتها وعمليات تصنيعها ذات الكفاءة في استهلاك الطاقة. شهدت كفاءة تحويل الطاقة في هذه الخلايا زيادة هائلة خلال السنوات الخمس الماضية، حيث تجاوزت أفضل الخلايا الشمسية العضوية، التي تعتمد على هيكل تقليدي، كفاءة 20% في المختبر.

ومع ذلك، فإن المواد المستخدمة في هذه الخلايا عرضة للتدهور عند تعرضها لأشعة الشمس والهواء، وما زالت هناك حاجة لتحسين الاستقرار طويل الأمد لهذه الخلايا لجعلها متاحة على نطاق واسع.

تعزيز الاستقرار من خلال الهياكل المقلوبة

من حيث العمر الافتراضي، من الأفضل أن تكون الطبقة العلوية من الخلية الشمسية مصنوعة من مادة أكثر متانة. تُعد الخلايا الشمسية المقلوبة الهيكلية (n-i-p) خيارًا أكثر استقرارًا، على الرغم من أن كفاءة تحويل الطاقة فيها لا تزال أقل مقارنة بالتصميمات التقليدية. يكشف اكتشاف الباحثين عن طريقة واعدة لتحسين الأداء والاستقرار في هذه الخلايا الشمسية العضوية ذات الهيكل المقلوب.

التغلب على آلية الخسارة

تمكنت الدراسة من تحديد آلية خسارة غير معروفة سابقًا في الخلايا الشمسية العضوية ووجدت طريقة للتغلب عليها. كان الاتصال السفلي لهذه الأجهزة، المصنوع من أكاسيد معدنية مثل أكسيد الزنك، يخلق منطقة إعادة تركيب ضيقة تؤدي إلى فقدان تيار الضوء.

ومن خلال تطبيق طبقة رقيقة من مادة أكسيد السيليكون النيتريت (SiOxNy) المحضرة بالمذيبات على الاتصال السفلي، تم القضاء على منطقة إعادة التركيب، مما أدى إلى تحسين الكفاءة. يبرز هذا العمل الإمكانية الكبيرة لاستخدام هذه الطريقة في إنتاج واسع النطاق للخلايا الشمسية العضوية الفعالة والمستقرة.

المصدر

“الخلايا الشمسية العضوية المقلوبة بطبقة حماية SiOxNy المحضرة داخليًا وكفاءة تحويل طاقة تتجاوز 18%” بقلم بوين ليو، أوسكار ج. ساندبرج، جيان كين، يوينغ ليو، سيباستيان ويلكن، نا وو، شولي يو، جين فانغ، زييون لي، رونغ هوانغ، وو سونغ تشا، كون لو، هونغوي تان، رونالد أوسترباكا، وتشانغ-تشي ما، 9 يناير 2025، Nature Photonics.