ابتكر فريق من الباحثين الصينيين طريقة جديدة لتحسين كفاءة خلايا الطاقة الشمسية في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، لتصل إلى 33% في الخلايا الترادفية المكونة من السيليكون والبيروفسكايت.

تُعد الخلايا الترادفية (البيروفسكايت/السيليكون) واعدة جداً؛ إذ تعتمد على وضع طبقة علوية من البيروفسكايت فوق خلية سفلية تقليدية من السيليكون. وبهذا، يمكن للطبقة الأولى أن تمتص الفوتونات عالية الطاقة بكفاءة، بينما تلتقط الثانية الضوء منخفض الطاقة، مما يزيد من الكفاءة الإجمالية ويرفع من كمية الكهرباء التي تولدها الخلية الواحدة لتتجاوز حدود خلايا السيليكون بمفردها.

كانت المشكلة الرئيسية تكمن في ترسيب البيروفسكايت على السيليكون ذي النسيج الهرمي (المُصمم لتقليل الانعكاس وتحسين امتصاص الضوء)؛ فهذا النسيج يؤدي إلى ترسيب غير متساوٍ ويُصعّب التغطية الموحدة للطبقة العلوية. ونتيجة لذلك، تتشكل مواقع عيوب تؤدي إلى حدوث تسرب كهربائي موضعي، مما يقلل من كفاءة الخلية واستقرارها ويحد من آفاقها التجارية.

ولحل هذه المشكلة، اكتفى الباحثون بمعالجة قمم الأهرامات فقط، لأن معالجة الأسطح على نطاق أوسع تتسبب في تأثيرات عكسية وتعيق نقل الشحنات بشكل فعال. استخدم الباحثون كرات البوليسترين النانوية كقالب، ثم أضافوا طبقة عازلة رقيقة من أكسيد الألومنيوم بدقة متناهية على تلك القمم لسد مسارات التسرب.

نتائج الاختبارات

وفي الاختبارات التي أُجريت على خلية شمسية ترادفية بمساحة نشطة تبلغ حوالي سنتيمتر مربع واحد، حققت الخلية النتائج التالية:

• كفاءة التحويل: عملت الخلية بكفاءة تحويل طاقة بلغت حوالي 33%.
• الاستقرار التشغيلي: استمرت في العمل لمدة 1000 ساعة متواصلة مع فقدان حوالي 10% فقط من كفاءتها الأولية (أي احتفظت بـ 90% من قدرتها)، مما يشير إلى استقرار تشغيلي قوي وممتاز على المدى الطويل.

نشر الباحثون من معهد نينغبو لتكنولوجيا وهندسة المواد (NIMTE)، بالتعاون مع جامعتي سوتشو وتايتشو، بحثهم في مجلة Matter العلمية. وأشار الفريق إلى أن أهمية إنجازهم تكمن في كونه بسيطاً، وغير مكلف، ومتوافقاً مع خطوط الإنتاج الحالية (قابل للتصنيع التجاري)، مما قد يرفع كفاءة خلايا السيليكون التجارية المنتجة حالياً بكميات كبيرة، والتي لا تتجاوز كفاءتها نطاق 22% إلى 24%.

ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة لإجراء اختبارات على مستويات أوسع وتحت ظروف بيئية حقيقية ومتنوعة، قبل التأكد من جدواها التجارية الكاملة واعتمادها على نطاق واسع في منشآت الطاقة الشمسية.