لا تُعد مادة البيروفسكايت الهاليدية من الأسماء المعروفة على نطاق واسع، لكنها قد تؤدي إلى إحداث تحول كامل في إنتاج الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم.
هذه المجموعة من المواد، التي سُميت باسم عالم المعادن الروسي الذي عاش في القرن التاسع عشر ليف بيتروفسكي، تَعِد بمكاسب كبيرة مقارنةً بالخلايا الشمسية السيليكونية النموذجية المُستخدمة حاليًا على نطاق واسع، سواءً في القدرة على توليد الطاقة على الأرض، أم عند استخدامها لتشغيل المركبات الفضائية. مع ذلك، فإن إمكانات توليد الطاقة تلك محدودة بسبب عدم استقرارها.
وفقًا لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة في الولايات المتحدة، قد يتحلل البيروفسكايت عندما يتفاعل مع الرطوبة والأوكسجين، أو عندما يتعرض وقتًا طويلًا للضوء أو الحرارة، أو عندما يكون تحت جهد مطبق. لذلك، لإدخال الجيل التالي من تقنية الخلايا الشمسية إلى السوق، يحتاج العلماء إلى إيجاد طريقة لجعلها أكثر فعالية.
يأتي دور بحث جديد من جامعة هونج كونج للعلوم والتكنولوجيا، إذ نشر العالم يوان تشاو من جامعة هونج كونج للعلوم والتكنولوجيا بحثًا يدرس تحديدًا سبب تدهور أغشية البيروفسكايت الهاليدية المعدنية بمرور الوقت، وهل ثم طريقة لتحسين استقرار المادة؟ وجد الفريق «بنية خفيّة» سبّبت تشققات على سطوح حبيبات البلورات المفردة للمادة، ما ساهم في عدم استقرار غشاء المادة. بإزالة هذه التشققات، أنشأ يوان وفريقه أغشية البيروفسكايت، ما أظهر استقرارًا مذهلًا مقارنةً بالأغشية السابقة.
قال تشو، أحد مؤلفي الدراسة: «بالكشف عن التشققات على سطح المادة، وفهم تأثيراتها، والاستفادة من الهندسة الكيميائية للتخلص منها، نبتكر طريقة جديدة لصنع خلايا شمسية من البيروفسكايت أكثر كفاءة واستقرارًا بكثير. لقد انبهرنا برؤية التشققات السطحية لحبيبات البيروفسكايت عندما استخدمنا المجهر الذري لفحص التفاصيل البنيوية للأغشية».
«عادةً ما تكون هذه التجاويف مدفونة تحت قاع الغشاء ويمكن إغفالها بسهولة».
لاكتشاف هذه التقعرات، حلل الباحثون الأغشية واكتشفوا أن هذا «الهيكل الخفي» قد ألحق الضرر بالاستمرارية الفيزيائية للأغشية، ما سبب تدهور هذه الأنواع من المواد بسرعة بسبب الضوء الشديد والرطوبة، وباستخدام حمض ثلاثي ديكافلوروهكسان-1-سلفونيك البوتاسيوم، وهو نوع من المواد الخافضة للتوتر السطحي، تمكن الفريق من التحكم في خصائص الأغشية، متضمنةً تطور الإجهاد وانتشار الأيونات، ومن ثم بناء بيروفسكايت مرن من الصفر.
وفقًا للباحثين، أظهرت المادة الجديدة المحسنة مكاسب كبيرة في اختبارات الدورة الحرارية والحرارة الرطبة وتتبع نقطة القدرة القصوى.
قال الباحث المشارك يالان تشانغ: «إن البنية الدقيقة للخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت وغيرها من الأجهزة البصرية الإلكترونية ذات أهمية حيوية، وقد تكون أعقد من المواد التقليدية بسبب الخصائص العضوية وغير العضوية الهجينة لمواد البيروفسكايت».
في حين يساعد هذا البحث على إزالة واحدة من أكبر العقبات التي تحول دون استخدام هذه الأغشية في صناعة الألواح الشمسية، فإن توسيع نطاق إنتاج هذه الأجهزة الى المستوى التجاري سيكون تحديًا كبيرًا، وبصرف النظر عن سنوات العمل العديدة القادمة، نعلم الآن ولحسن الحظ أن ضعف الاستقرار بين الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت هو عيب يمكن إصلاحه وليس سمة ثابتة.
اقرأ أيضًا:
أستراليا تحرز تقدمًا كبيرًا في استخدام المرايا لإنتاج الطاقة الشمسية
انتشار الطاقة الشمسية في إفريقيا قد يساعد في التنمية الاقتصادية
ترجمة: يوسف الشيخ
تدقيق: نور حمود
