علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Scientists develop transparent electrode that boosts solar cell efficiency
(Matthew Carroll, Pennsylvania State University – بواسطة: ماثيو كارول، جامعة ولاية بنسلفانيا)
ملخص المقالة:
سمح تطوير أقطاب معدنية جديدة فائقة النحافة بإنشاء خلايا شمسية شبه شفافة من البيروفسكايت ذات كفاءة عالية، ويمكن أن تقترن بخلايا السيليكون التقليدية لتعزيز أداء كلا الجهازين بشكل كبير. كما يمكنها أن تجد يومًا ما مكانًا على نوافذ المنازل والمباني المكتبية، لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس. وقد حققت خلية البيروفسكايت الشمسية التي طورها فريق من جامعة ولاية بنسلفانيا كفاءة بنسبة 19.8٪ ، وهو رقم قياسي لخلية شبه شفافة. وعند دمجها مع خلية شمسية تقليدية من السيليكون، حقق الجهاز الترادفي كفاءة بنسبة 28.3٪ ، ارتفاعًا من 23.3٪ من خلية السيليكون وحدها؛ وهذا يضيف الكثير من الكهرباء يصل الى 50 واط من ضوء الشمس لكل متر مربع من مادة الخلايا الشمسية.
( المقالة )
قال فريق دولي من العلماء إن تطوير أقطاب معدنية جديدة فائقة النحافة سمح للباحثين بإنشاء خلايا شمسية شبه شفافة من البيروفسكايت تتميز بكفاءة عالية، ويمكن أن تقترن بخلايا السيليكون التقليدية لتعزيز أداء كلا الجهازين بشكل كبير. ويمثل البحث خطوة نحو تطوير خلايا شمسية شفافة تمامًا.
وقال كاي وانغ، أستاذ الأبحاث المساعد لعلوم وهندسة المواد في جامعة ولاية بنسلفانيا والمؤلف المشارك في الدراسة: “يمكن للخلايا الشمسية الشفافة أن تجد يومًا ما مكانًا على النوافذ في المنازل والمباني المكتبية، لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس الذي قد يضيع لولا ذلك”. وأضاف: “هذه خطوة كبيرة – لقد نجحنا أخيرًا في صنع خلايا شمسية فعالة وشبه شفافة”.
وتصنع الخلايا الشمسية التقليدية من السيليكون، لكن العلماء يعتقدون أنهم يقتربون من حدود التكنولوجيا في المسيرة لإنشاء خلايا شمسية أكثر كفاءة من أي وقت مضى. وقال العلماء إن خلايا البيروفسكايت تقدم بديلاً واعدًا، ويمكن أن يؤدي تكديسها فوق الخلايا التقليدية إلى إنشاء أجهزة ترادفية أكثر كفاءة.
وقال شاشانك بريا، نائب الرئيس المساعد للأبحاث وأستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة ولاية بنسلفانيا: “لقد أظهرنا أنه يمكننا صنع أقطاب كهربائية من طبقات ذرية رفيعة جدًا من الذهب”. وتابع: “تتميز الطبقة الذهبية الرقيقة بموصلية كهربائية عالية وفي نفس الوقت لا تتداخل مع قدرة الخلية على امتصاص ضوء الشمس”.
وقد حققت خلية البيروفسكايت الشمسية التي طورها الفريق كفاءة بنسبة 19.8٪ ، وهو رقم قياسي لخلية شبه شفافة. وعند دمجها مع خلية شمسية تقليدية من السيليكون، حقق الجهاز الترادفي كفاءة بنسبة 28.3٪ ، ارتفاعًا من 23.3٪ من خلية السيليكون وحدها. وأعلن العلماء عن النتائج التي توصلوا إليها في مجلة “طاقة النانو” (Nano Energy).
وقال البروفيسور بريا: “تحسن الكفاءة بنسبة 5٪ عملاق. هذا يعني أنك تقوم بتحويل حوالي 50 واط من ضوء الشمس لكل متر مربع من مادة الخلايا الشمسية. يمكن أن تتكون مزارع الطاقة الشمسية من آلاف الوحدات، وهذا يضيف الكثير من الكهرباء، وهذا إنجاز كبير”.
وقال العلماء في بحث سابق، أظهر فيلم الذهب الرقيق للغاية وعدًا كقطب كهربائي شفاف في خلايا البيروفسكايت الشمسية، لكن المشكلات في تكوين طبقة موحدة أدت إلى ضعف التوصيل.
ووجد الفريق أن عنصر الكروم المستخدم كطبقة بذرة سمحت للذهب بالتشكل في الأعلى في طبقة مستمرة رفيعة للغاية ذات خصائص موصلة جيدة.
وقال دونغ يانغ، أستاذ الأبحاث المساعد لعلوم وهندسة المواد في جامعة ولاية بنسلفانيا: “في العادة، إذا نمت طبقة رقيقة من شيء مثل الذهب، فإن الجسيمات النانوية سوف تتحد معًا وتتجمع مثل الجزر الصغيرة”. وأضاف: “يحتوي الكروم على طاقة سطحية كبيرة توفر مكانًا جيدًا للذهب لينمو فوقه، وهو في الواقع يسمح للذهب بتكوين غشاء رقيق مستمر”.
وتتكون خلايا البيروفسكايت الشمسية من خمس طبقات ومواد أخرى تم اختبارها على أنها أقطاب كهربائية شفافة تتلف أو تتدهور طبقات الخلايا. وقال العلماء إن الخلايا الشمسية المصنوعة من الأقطاب الكهربائية الذهبية مستقرة وتحافظ على كفاءة عالية بمرور الوقت في الاختبارات المعملية.
وقال البروفيسور يانغ: “هذا الاختراق في تصميم بنية الخلية الترادفية القائمة على قطب كهربائي شفاف يوفر طريقًا فعالاً نحو الانتقال إلى خلايا البيروفسكايت والخلايا الشمسية الترادفية”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://techxplore.com/news/2021-05-scientists-transparent-electrode-boosts-solar.html
لمزيد من المعلومات: دونغ يانغ وآخرون، 28.3%-efficiency perovskite/silicon tandem solar cell by optimal transparent electrode for high efficient semitransparent top cell, Nano Energy (2021). DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105934
