خطت الخلايا الشمسية ذات المساحة الكبيرة المصنوعة من مواد البيروفسكايت الهجين خطوة أقرب إلى التسويق التجاري بفضل الباحثين في أستراليا والمملكة المتحدة الذين صنعوا الخلايا بطرق صناعية لأول مرة. تُظهِر الخلايا، التي تم إنتاجها في ظل الظروف المحيطة باستخدام تقنية تُعرف باسم الطباعة من لفة إلى لفة، كفاءات عالية نسبيًا في تحويل الطاقة تصل إلى 15.5% للخلايا الفردية صغيرة المساحة و11% للخلايا المتصلة تسلسليًا في الوحدات ذات المساحة الكبيرة. وفقًا للباحثين، سيكون إنتاج الخلايا أيضًا رخيصًا، حيث تنخفض التكاليف المحسوبة إلى 0.70 دولارًا لكل واط بمجرد وصول الإنتاج إلى مليون متر مكعب.² كل سنة.

تسمى مادة البيروفسكايت "هجينة" عندما تحتوي على مكونات عضوية وغير عضوية. مثل كل البيروفسكايت، الهجينة لها الصيغة الكيميائية ABX₃، ولكن في هذه الحالة A عبارة عن كاتيون عضوي، بينما B عبارة عن رصاص و X يمكن أن يكون يوديد أو بروميد أو هاليد آخر. من الناحية الهيكلية، تحتوي هذه الخلايا على إطار هاليد الرصاص المملوء بالكاتيونات العضوية الصغيرة، وتُظهر الكثير من الأمل بالنسبة للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، لأن فجوات نطاقاتها القابلة للضبط تسمح لها بامتصاص الضوء عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية للطيف الشمسي.

يقول: "لقد عملنا على الخلايا الشمسية العضوية المطبوعة لفترة طويلة، لكن مجال الخلايا الشمسية العضوية كان يتقدم ببطء نسبيًا عندما ظهرت خلايا البيروفسكايت الشمسية". دوجين فاك من أستراليا منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية (CSIRO)، الذي قاد المشروع مع زملائه من جامعة كامبريدج, جامعة موناش و جامعة نيو ساوث ويلز.

بالنسبة للباحثين مثل فاك، فإن الشيء المثير في خلايا البيروفسكايت الشمسية الهجينة هو أن كفاءتها في تحويل الطاقة، من حيث المبدأ، تتساوى مع تلك الخاصة بمواد الخلايا الشمسية القائمة، مثل السيليكون، أو زرنيخيد الغاليوم، أو تيلوريد الكادميوم. ومع ذلك، من الناحية العملية، لم يتم حتى الآن إثبات خلايا البيروفسكايت الشمسية الهجينة عالية الكفاءة إلا في المختبر. إن صنع أجهزة فعالة واسعة المساحة من هذه المواد باستخدام العمليات الصناعية لا يزال يمثل تحديًا.

كفاءة 11% على ألواح 50 سم²

وفي أحدث عمل، أظهر فاك وزملاؤه أنه بإمكانهم إنتاج ألواح شمسية هجينة من البيروفسكايت بكفاءة تصل إلى 11% ومساحة تصل إلى 50 سم.² باستخدام الطباعة لفة إلى لفة. تنتج هذه التقنية الخلايا في عملية مستمرة تشبه الطريقة التي تتم بها طباعة الصحف، مع مراحل طلاء وطباعة وتجفيف متتالية تحول لفة الفيلم في أحد طرفيها إلى لفة مليئة بالمنتج النهائي في الطرف الآخر.

تكمل العديد من العمليات الصناعية جميع خطوات التصنيع هذه في مسار واحد. ومع ذلك، في هذه الحالة، استخدم الباحثون عمليات تشغيل متعددة لتصنيع أجهزتهم. كما قاموا أيضًا باستبدال الأقطاب الكهربائية المعدنية القائمة على الفراغ والمستخدمة تقليديًا في الطباعة على شكل لفافة بأقطاب كربونية مطبوعة متوافقة مع مواد البيروفسكايت.

وبفضل هذا التعديل، تمكن الفريق من تصنيع وتحليل أكثر من 10 خلية شمسية يوميًا. سمحت تجربة "الإنتاجية العالية" هذه للباحثين بتحديد القيم المثلى بسرعة لمعلمات المعالجة المختلفة، مما أدى إلى زيادة كفاءة الأجهزة النهائية.

نماذج أولية لمختلف التطبيقات

يقول فاك: "كنا نظن أن خلايا البيروفسكايت الشمسية يمكن أيضًا طباعتها بالكامل مثل الخلايا العضوية، وقد أحرزنا تقدمًا جيدًا". "كانت العقبة الأخيرة هي التخلص من الأقطاب الكهربائية الخلفية المعتمدة على الفراغ، وقد تمكنا من تحقيق هذا الهدف في هذا العمل."

يقول الباحثون إن الوحدات التي أنتجوها يمكن استخدامها كنماذج أولية للاختبار في تطبيقات مختلفة. يقول فاك: "والأسواق المتميزة التي تتمتع فيها هذه التكنولوجيا بميزة تنافسية". "على سبيل المثال، كنا نبحث في التطبيقات الفضائية وقمنا بتركيب وحدات شمسية مطبوعة من البيروفسكايت على قمر صناعي تم إطلاقه مؤخرًا."

وفي هذه الدراسة التي نشرت في طبيعة الاتصالاتأكبر وحدات الطاقة الشمسية التي صنعها الباحثون يبلغ حجمها 10 سم × 10 سم. وفي حين أن هذا يعتبر كبيرًا في مجال البحث الأكاديمي، إلا أنه لا يزال صغيرًا جدًا بالنسبة للتطبيقات في العالم الحقيقي. وبالتالي فإن الخطوة التالية للباحثين هي توسيع نطاق أسلوبهم. يقول فاك: "لحسن الحظ، لقد أكملنا للتو تركيب منشأة طباعة حديثة لخلايا البيروفسكايت الشمسية في CSIRO وسنكون قادرين على تطوير التكنولوجيا باستخدام هذه الطابعة التجريبية الجديدة". عالم الفيزياء.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/roll-to-roll-fabricated-hybrid-perovskite-solar-cells-reach-record-efficiencies/