حجب الإلكترون يمكن الخلايا الشمسية بكفاءة 18.5٪

طور علماء ألمان وسويسريون بشكل مشترك خلية شمسية بيروفسكايت باستخدام أقطاب كهربائية كربونية تصل كفاءتها إلى 18.5٪ وتحتفظ بنسبة 82٪ بعد 500 ساعة من الضوء المستمر. على الرغم من أن كفاءة هذه الخلية متخلفة كثيرا عن أجهزة البيروفسكايت الشمسية الأخرى ، إلا أنها تنتج باستخدام عملية منخفضة الحرارة طوال الوقت ، مما يجعل من الممكن تحقيق إنتاج منخفض التكلفة وواسع النطاق ، مما يجعل هذا النهج جديرا بمزيد من الاستكشاف.

وفي ورقة بحثية نشرت حديثا، قال العلماء بقيادة معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية: "تسرع أقطاب التلامس المعدنية [الشائعة الاستخدام حاليا] من تدهور الخلايا الشمسية البيروفسكايت بسبب انتشار الشوائب المعدنية على السطح". إن استبدال الاتصالات المعدنية بأقطاب كهربائية خاملة كيميائيا وقوية من الكربون والجرافيت في خلايا البيروفسكايت الشمسية - أي خلايا البيروفسكايت الشمسية القائمة على الكربون (C-PSCs) - يمكن أن يحل هذه المشكلة بشكل أساسي. لديها قدرات التعامل مع الضغط البيئي على أساس تكنولوجيا الطباعة الناضجة صناعيا ، لذلك فهي واعدة للغاية للتسويق ".

وتابعوا موضحين أن مشكلة أخرى حدثت في خلايا C-PSC ، مما أدى إلى فقدان الأداء في واجهة القطب الكربوني مع طبقة البيروفسكايت. للتغلب على هذه المشكلة ، طور معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية ISE ، بالتعاون مع علماء في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا لوزان (EPFL) ، طبقة حاجزة يمكن وضعها بين الاثنين.

قاموا بإيداع بنية بيروفسكايت أخرى على الطبقة النشطة للبطارية واستخدموا تقنيات تصوير مختلفة لتحديد أن هذه الطبقة الإضافية يمكن أن تمنع الإلكترونات من التحرك في الاتجاه "الخاطئ" وتحسين أداء البطارية.

يفسرون هذا النهج في "استخدام البيروفسكايت 2D كطبقات مانعة للإلكترون في خلايا بيروفسكايت الشمسية عالية الكفاءة (18.5٪) باستخدام أقطاب الكربون منخفضة الحرارة القابلة للطباعة" التي نشرت مؤخرا في Advanced Energy Materials . كما يوحي العنوان ، صنع الفريق خلية بكفاءة عالية تبلغ 18.5٪ وحافظ على كفاءة 82٪ بعد 500 ساعة من التعرض لأشعة الشمس. حقق جهاز التحكم بدون حاجز كفاءة أولية بنسبة 15.7٪ ، لكنه فقد 63٪ من كفاءته بعد 200 ساعة من الإضاءة.

"نعتقد أن استخدام البيروفسكايت 2D كطبقات مانعة للإلكترون (EBLs) يمكن أن يساعد في تمهيد الطريق لممارسة مستقبلية فعالة ومستقرة على المدى الطويل لتطوير C-PSCs المطبوعة بالكامل" ، خلص الفريق.