نجح باحثون من المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا “KAIST” وجامعة يونسي ” Yonsei University” بتصنيع خلية شمسية هجينة عضوية-غير عضوية عالية الكفاءة والاستقرار إذ صنعوا خلية شمسية بيروفسكايتية وعضوية بطبقة ثنائية القطب موحدة بسمك دون النانومتر وسجلت كفاءة تحويل طاقة تبلغ 24% أثناء الاختبار، وهو رقم قياسي جديد للخلايا الشمسية الهجينة من البيروفسكايت والمواد العضوية القائمة على الرصاص.
الخلية الشمسية البيروفسكايتية العضوية الهجينة
يكمن أحد العوائق الرئيسية لتحسين الكفاءة الخلايا الشمسية الهجينة من البيرفسكايت والعضوية في عدم تطابق مستوى الطاقة عند نقطة التقاء البيروفسكايت والمادة العضوية مما يؤدي إلى تراكم الشحنة الأمر الذي يقلل بدوره من كفاءة الخلية الشمسية.
بالإضافة إلى أن خلايا البيرفسكايت الشمسية القائمة على الرصاص الحالية محرومة من استخدام حوالي 52% من إجمالي الطاقة الشمسية، إذ يقتصر طيف امتصاصها على منطقة الضوء المرئي بطول موجي يبلغ 850 نانومتر أو أقل.
ولحل هذه المشكلة، اقترح الباحثون استخدام “واجهة ثنائية القطب دون النانومترية”. هذه الواجهة هي طبقة رقيقة جدًا توضع بين مادتَي البيرفسكايت والمادة العضوية. وتعمل على تقليل الفرق في مستوى الطاقة بين المادتين، مما يسمح للإلكترونات بالانتقال بسهولة أكبر بينهما. وبالتالي، يتم تقليل تراكم الشحنة وزيادة كفاءة الخلية الشمسية. وكانت النتيجة الحصول على خلية شمسية يمكنها امتصاص الضوء حتى المنطقة تحت الحمراء القريبة.
وضع الباحثون طبقة واجهة ثنائية القطب بقياس دون النانومتر مباشرة على سطح البيروفسكايت، والذي خفف من حاجز الطاقة بين البيروفسكايت والمادة العضوية. كما عمل على منع تراكم الشحنات وتحسين كثافة التيار إلى 4.9 مللي أمبير/سم².
كما حققت الخلية الهجينة كفاءة تحويل طاقة بنسبة 24% متجاوزة الرقم قياسي للخلايا الشمسية الهجينة القائمة على الرصاص من البيروفسكايت والعضوية والذي يبلغ 20.4% .
بالإضافة إلى ذلك فقد حققت الخلية كفاءة كمية داخلية عالية (IQE) مقارنة بالدراسات السابقة، حيث وصلت إلى 78% في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة. كما أظهرت استقرارًا عاليًا، إذ حافظت على أكثر من 80% من كفاءتها الأولية بعد أكثر من 800 ساعة في ظل ظروف الرطوبة الشديدة.
مواصفات الخلية الشمسية
تم تصنيع الخلية باستخدام ركيزة مصنوعة من أكسيد الإنديوم القصدير (ITO)، وهي طبقة أحادية ذاتية التجميع تعتمد على MeO-2PACz، وممتص البيرفسكايت، وطبقة الواجهة ثنائية القطب، وواجهة من مواد عضوية “BHJ”، وطبقة عازلة من الباثوكوبروين (BCP)، وموصل معدني من النحاس (Cu).
