علماء روس يبتكرون مواد بوليمرية جديدة لخلايا الطاقة الشمسية
ابتكار مواد بوليمرية جديدة لخلايا الطاقة الشمسية المستقبلية
ابتكر علماء من جامعة بيرم الوطنية للبحوث التقنية، بالتعاون مع باحثين من مؤسسات علمية روسية، أربع مواد بوليمرية جديدة مخصصة لخلايا الطاقة الشمسية من نوع البيروفسكايت.
كفاءة عالية بعد التشغيل المتواصل
وأفاد المكتب الإعلامي للجامعة بأن الأجهزة المصنعة بهذه المواد حافظت على كفاءة تصل إلى 99% بعد 1800 ساعة من التشغيل المتواصل، في حين تفقد المواد التقليدية أكثر من نصف طاقتها خلال الفترة نفسها.
بديل واعد لبطاريات السيليكون
وتُعد بطاريات البيروفسكايت بديلاً واعداً لبطاريات السيليكون، نظراً لكونها رقيقة وخفيفة ومرنة، ويمكن تثبيتها على النوافذ والواجهات وأسطح السيارات، فضلاً عن إمكانية دمجها في الأجهزة الإلكترونية المحمولة وأنظمة المنزل الذكي.
إلا أن عدم استقرار الطبقة الممتصة للضوء لا يزال يعيق انتشار استخدامها بشكل واسع، إذ تتحلل المادة بسرعة تحت تأثير الرطوبة والأكسجين ودرجات الحرارة المرتفعة.
امتصاص الضوء عبر نطاق واسع
ووفقاً للباحثين، تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للمواد الشبيهة بالبيروفسكايت في قدرتها على امتصاص الضوء عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية، ما يعني إمكانية عمل هذه الألواح بالاعتماد على ضوء الشمس والضوء الاصطناعي.
وتُعد هذه التقنية قادرة على توسيع استخدام الطاقة الشمسية في المباني والديكورات الداخلية والأجهزة الإلكترونية المحمولة، بعيداً عن الاستخدامات التقليدية للألواح الشمسية.
تطبيقات في الطب والملابس الذكية
وقد تجد الأجهزة القائمة على هذه التقنية تطبيقات في مجال الطب لمراقبة الصحة على مدار الساعة، فضلاً عن استخدامها في الملابس الذكية والأجهزة التي تحتاج إلى شحن مستمر.
تحسين خصائص نقل الشحنات
واختار الباحثون ثلاثي فينيل أمين ليكون بمثابة “الهيكل” الجزيئي للمواد الجديدة، نظراً لاستخدامه سابقاً في ابتكار عدة مركبات ناجحة.
إلا أن هذه المواد غالباً ما تعاني ضعفاً في خصائص نقل الشحنات، كما أنها لا تتوافق تماماً مع طبقات البيروفسكايت من حيث مستوى الطاقة، ما دفع العلماء إلى التركيز على تحسين هذه الخصائص.
أشباه موصلات عضوية جديدة
وقال الباحث ميخائيل تيريشينكو إن الفريق ابتكر أربعة أشباه موصلات عضوية جديدة، أظهرت البطاريات المصنعة منها كفاءة تحويل للطاقة الشمسية تصل إلى 17.8%، مقارنة بنحو 17% في بطاريات PTAA التقليدية، وهي مادة مرجعية شائعة لطبقات نقل الثقوب في بطاريات البيروفسكايت.
وأضاف أن الأهم من ذلك هو استقرار الأداء لفترة أطول، إذ تفقد البطاريات المصنعة من PTAA التقليدية ما يقارب نصف طاقتها الأولية في ظروف اختبار متطابقة، بينما تحتفظ الأجهزة المصنعة من البوليمرات الجديدة المحتوية على الثيوفين والكربازول بنحو 90% من سعتها الأولية.
وأكد أن الطبقة العضوية المختارة بعناية حول البيروفسكايت تعمل كطبقة حماية، فهي لا تزيد الكفاءة فحسب، بل تطيل عمر الألواح المرنة المستقبلية بشكل ملحوظ.
الكلمات الدلالية:
