أفضل خلية شمسية على الإطلاق: بيروفسكايت + جرافين + سيليكون

2023 مؤلف: Isabella Ferguson | [email protected]. آخر تعديل: 2023-11-26 12:44

مع كل الإثارة حول مادة الخلية الشمسية "العجيبة" بيروفسكايت ، من السهل أن ننسى أنه قبل بضع سنوات فقط كان الجرافين هو الغضب الشديد للتكنولوجيا النظيفة الجديدة. حسنًا ، لا يزال الجرافين موجودًا إلى حد كبير في هذا المزيج ، ويتحد الباحثون حول فكرة دمجه مع البيروفسكايت في خلية شمسية جديدة. القول اسهل من الفعل!

يمكن أن تكون خلايا البيروفسكايت الشمسية مثل هذه هي الشيء الكبير التالي ، إذا تم حل حل جديد قائم على الجرافين (الصورة: NREL).

الجرافين + البيروفسكايت في خلية شمسية واحدة

بالنسبة لأولئك الجدد على هذا الموضوع ، يعد الجرافين مادة ثنائية الأبعاد ذات خصائص إلكترونية فريدة وقوية. تم اكتشافه في عام 2004 بعد أن قام الباحثون بإزالة قطعة من الشريط اللاصق من قطعة من الجرافيت وبدأوا يتجولون في هيكل الفيلم الرقيق للغاية المتشبث بالشريط.

Perovksite هو أيضًا معدن يفسح المجال لأداء الخلايا الشمسية. تعود أصوله إلى ما هو أبعد قليلاً من الجرافين ، حيث ظهر في جبال الأورال في القرن التاسع عشر. في الوقت الحاضر ، يمكن إنشاء متغيرات البيروفسكايت الاصطناعية بسهولة نسبية في المختبر.

التحدي الذي يواجه تصميم الخلايا الشمسية هو أن كلا المادتين صعبان. يشتهر الجرافين بصعوبة التعامل معه ، وتواجه البيروفسكايت مشكلة تتعلق بالمتانة والتي يجب أخذها في الاعتبار في التصميم.

إذا كان هذا يبدو كثيرًا للتعامل معه في جهاز واحد ، فهو كذلك. ومع ذلك ، كان الباحثون يتلاعبون بمجموعة مزيج الجرافين والبيروفسكايت. في أحدث تطور ، صمم فريق مقره في إيطاليا خلية شمسية حول هذين التحديين المزدوجين ، وحقق كفاءة رائعة في تحويل الطاقة الشمسية بنسبة 26.3٪.

حل عنق الزجاجة للخلايا الشمسية من البيروفسكايت والسيليكون

في الواقع ، 26.3٪ ليس رقمًا قياسيًا تمامًا لخلايا البيروفسكايت الشمسية ، والتي يقف عنوانها عند نسبة شعر تزيد عن 29٪ مع السيليكون. ومع ذلك ، عندما يتم تشغيل المفاضلة بين كفاءة التحويل والتكلفة ، يمكن أن تذهب الميزة إلى الخلايا الشمسية التي تكون قابلة لتقنيات التصنيع عالية الحجم ومنخفضة التكلفة.

البحث الجديد هو جهد تعاوني بين مبادرة الجرافين الرائدة في الاتحاد الأوروبي في جامعة روما تور فيرغاتا ، والمعهد الإيطالي للتكنولوجيا ، وشركة IIT الفرعية ، ومتخصص الجرافين BeDimensional ، وشركة التكنولوجيا النظيفة الإسبانية ENEA.

يمكنك الحصول على جميع التفاصيل في الورقة البحثية ، "خلية شمسية بيروفسكايت / سيليكون ترادفية مكدسة ميكانيكيًا ثنائية الجرافين بكفاءة تزيد عن 26٪" ، والتي نُشرت مؤخرًا في العدد الأخير من مجلة جول.

بالنسبة لأولئك منكم أثناء التنقل ، بدأ الفريق بفرضية أن الخلايا الشمسية الترادفية من البيروفسكايت / السيليكون يمكن أن تكون الشيء الكبير التالي ، نظرًا لمجموعة قاتلة من تكاليف التصنيع المنخفضة نسبيًا بالإضافة إلى فرصة جيدة لتجاوز حدود كفاءة التحويل الشمسي لـ السيليكون وحده.

كان عنق الزجاجة - أو كان - على جانب التصنيع ، حتى توصل الفريق إلى حل بديل.

أوضح الباحثون أن "معالجة المحلول لخلايا البيروفسكايت الشمسية مباشرة على السطح الأمامي المحكم لخلايا السيليكون غير المتبلورة / غير المتجانسة عالية الكفاءة هي العقبة الرئيسية". "يساعد التكديس الميكانيكي البسيط للخلايا الفرعية على طرفين على تحقيق أجهزة كهروضوئية عالية الأداء."

في الأساس ، يتمثل النهج الجديد في تكوين كل جزء من الخلية الشمسية قبل ربطها جميعًا معًا بمساعدة الحبر المعتمد على الجرافين.

وفقًا للباحثين ، يمكن تطبيق التقنية الجديدة على المحصول الحالي من خلايا البيروفسكايت الشمسية ، باستخدام طرق التصنيع القياسية القائمة على الحلول.

يوفر Emmanuel Kymakis ، قائد حزمة العمل لتوليد الطاقة في الجرافين ، الشرح التقني (تشير GRMs إلى الجرافين والأحبار الأخرى المصنوعة من مواد ثنائية الأبعاد).

وقال: "يوضح هذا العمل الرائد أن دمج أحبار GRM مع التشكل عند الطلب والخصائص الإلكترونية الضوئية القابلة للضبط في هيكل ترادفي ، يمكن أن يؤدي إلى إنتاج صناعي عالي الإنتاجية". "يعمل الجرافين والمواد ذات الصلة على تحسين أداء هذه الأجهزة واستقرارها وقابليتها للتوسع."

فصاعدا وصاعدا للعنب

وفقًا لـ Kymakis ، ستكون الخلية الشمسية الجديدة أساس مشروع الجرافين الرائد GRAPES ، الذي يهدف إلى تجاوز علامة تحويل الطاقة الشمسية بنسبة 30٪ مع خفض تكلفة التصنيع أيضًا.

يعد الحفاظ على كفاءة عالية في تحويل الطاقة الشمسية مع زيادة حجم الوحدة الشمسية هدفًا رئيسيًا آخر.

كمشروع ممول من المفوضية الأوروبية ، تحمل GRAPES الكثير من الشحنات. تم تكليف المشروع بـ "تحسين استيعاب أوروبا لمشاريع الطاقة الشمسية من خلال تحسين استقرار وكفاءة هذه التكنولوجيا عند نشرها على نطاق واسع."

بصرف النظر عن BeDimensional ، هناك شركاء آخرون من القطاع الخاص في هذا المسعى هم Greatcell Solar و Siemens.

تم إطلاق GRAPES في كانون الأول (ديسمبر) الماضي فقط ويبدو أنها تتحرك في مقطع سريع. تشمل الخطوات التالية العثور على مواقع للاختبار الميداني لخلاياها الشمسية القائمة على البيروفسكايت في الهواء الطلق ، حيث يلتقي المطاط بالطريق حقًا.

تتواصل CleanTechnica لمعرفة ما إذا كانت قد اختارت موقع اختبار حتى الآن ، لذا ترقبوا المزيد حول ذلك.

الصورة (اقتصاص): خلية Perovskite PV عبر NREL (الائتمان: دينيس شرودر).