تحتفظ الخلايا الشمسية الجديدة بكفاءة بنسبة 97% بعد اختبار إجهاد التظليل لمدة 2000 ساعة
قام فريق من جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية (PolyU) بإنشاء خلية شمسية ترادفية عضوية جديدة من البيروفسكايت والتي تستمر في العمل بشكل جيد حتى عندما يكون جزء منها مظللاً. وفقًا لدراستهم، حافظت هذه الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة على أكثر من 90 بالمائة من كفاءتها الأصلية بعد تعرضها لانحياز عكسي قاسٍ يبلغ 40 فولتًا تحت الصفر، وهو ما يضر عادةً بالخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة القياسية. عندما تحجب الأشجار أو الغيوم أو المباني أو حتى الطيور ضوء الشمس، يمكن أن تتعرض الألواح الشمسية لضغط التحيز العكسي. يقلل هذا الجهد السلبي من إنتاج الكهرباء ويمكن أن يؤدي إلى تلف الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة بشكل دائم. يقول فريق PolyU أن تصميمهم الجديد أكثر مقاومة لهذه المشكلة، مما يجعل التكنولوجيا أكثر عملية للاستخدام في العالم الحقيقي. تؤدي العيوب المخفية إلى تلف الخلايا الشمسية. تحظى تقنيات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة مثل تلوريد الكادميوم وسيلينيد غاليوم الإنديوم والنحاس والبيروفسكايت والخلايا الشمسية العضوية بشعبية كبيرة لأنها خفيفة ومرنة وتكلفة تصنيعها أقل. لكنهم جميعا يواجهون مشكلة عندما يكون جزء من اللوحة مظللا. في ظل هذه الظروف، يمكن للخلايا المظللة أن تولد جهدًا سلبيًا يضغط على المادة. ولأن هذه الخلايا الشمسية تحمل كلاً من الإلكترونات والأيونات، فإن تعرضها للانحياز العكسي لفترة طويلة جدًا يمكن أن يقلل من أدائها ويسبب الضرر في النهاية. إن جعلها أكثر مقاومة للتحيز العكسي هو المفتاح لجعلها تدوم لفترة أطول. وقد نظر الباحثون عن كثب إلى الخلايا الشمسية العضوية، حيث إن كيفية تفاعلها مع ظروف التحيز العكسي لا تزال غير مفهومة جيدًا، على الرغم من أن كفاءتها تحسنت كثيرًا في السنوات الأخيرة. قال البروفيسور لي جانج، أستاذ كرسي تكنولوجيا تحويل الطاقة في قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية بجامعة PolyU: “لقد حققنا تقدمًا مهمًا في استقرار OSCs وPOTSCs في ظل ظروف التحيز العكسي الصعبة. يقدم بحثنا مساهمات مذهلة في فهم تشغيل الجهاز والمتانة في تقنيات الطاقة الشمسية العضوية والبيروفسكايت.” أنتج فريق البحث وحدات خلايا شمسية بأحجام مختلفة، والتي تحتفظ بأكثر من 90% من كفاءتها الأولية حتى في ظل جهد سلبي يبلغ -40 فولت. تحبس هذه العيوب الشحنات الكهربائية، مما يقلل من الكفاءة ويزيد من احتمال حدوث ضرر دائم أثناء عملية الانحياز العكسي. ولمعالجة هذه المشكلة، قام الباحثون بقمع مجموعات المستقبلات المعزولة في منطقة مزيج المانحين والمتقبلين في الخلية الشمسية. أدى هذا إلى تقليل عدد حالات الملاءمة العميقة وجعل الأجهزة أكثر متانة. ونتيجة لذلك، يمكن للخلايا الشمسية العضوية الجديدة التعامل مع جهد انهيار يزيد عن 35 فولتًا تحت الصفر. وهذا يعني أنها يمكن أن تأخذ انحيازًا عكسيًا إلى هذا المستوى دون حدوث ضرر دائم، مما يضع معيارًا جديدًا للاستقرار والكفاءة في الخلايا الشمسية العضوية. الخلايا الترادفية تحمي طبقة البيروفسكايت وأظهرت الدراسة أيضًا أن الخلايا الشمسية العضوية المحسنة تحمي طبقة البيروفسكايت في الخلايا الشمسية الترادفية غير العضوية من البيروفسكايت. يفعلون ذلك عن طريق إيقاف النفق العكسي، والذي يحدث عندما يضر التيار العكسي بالجهاز أثناء التظليل. وحتى بعد تعرضها لجهد 40 فولتًا تحت الصفر، حافظت الخلايا الشمسية الترادفية على أكثر من 90% من كفاءتها الأصلية. وأظهرت الأجهزة أيضًا ثباتًا قويًا على المدى الطويل. وبعد التشغيل بجهد 20 فولتًا تحت الصفر لمدة 12 ساعة، حافظوا على 90 بالمائة من كفاءة البدء. لقد احتفظوا بنسبة 97% من كفاءتهم بعد العمل عند 4.5 فولت تحت الصفر لمدة 2000 ساعة، أو حوالي 83 يومًا. ويقول الباحثون إن هذه النتائج أفضل مما يمكن أن تفعله تقنيات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة الحالية. تعتمد النتائج على مكاسب الكفاءة السابقة. يعتمد هذا العمل الجديد على بحث سابق للفريق نُشر في مجلة Nature Energy عام 2025. في تلك الدراسة، قاموا بتطوير خلايا شمسية ترادفية عضوية غير عضوية من البيروفسكايت ذات كفاءة تحويل طاقة تبلغ 25.9 بالمائة، والتي تم اعتمادها بشكل مستقل بنسبة 25.1 بالمائة، باستخدام تعديل الاتصال السفلي. في هذه الدراسة الجديدة، وصلت الخلايا الشمسية الترادفية إلى أكثر من 26 بالمائة من كفاءة تحويل الطاقة وأصبحت أكثر مقاومة لضغط التحيز العكسي. وهذا يجعل التكنولوجيا أقرب إلى استخدامها في وحدات الطاقة الشمسية في العالم الحقيقي. وأضاف لي: “لقد تم إثبات الاستقرار الاستثنائي للتحيز العكسي في ظل ظروف التظليل بشكل واضح في وحدات صغيرة من الخلايا الشمسية الترادفية العضوية البيروفسكايت القابلة للتطوير. وهذا يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام، مما يمهد الطريق لمستقبل مستدام وفعال مدعوم بأنظمة الطاقة المتجددة”. ونُشرت الدراسة الجديدة في مجلة Nature Materials.
تم النشر: 2026-07-21 14:27:00
