الخلايا الشمسية البيروفيسكايت ثنائية الوجه تحقق 90% كفاءة عند زاوية ميل 20 درجة
أظهرت أبحاث جديدة من الهند أن خلايا البيروفيسكايت الشمسية ثنائية الوجه يمكن أن تحقق زيادة بنسبة 2% في كفاءة تحويل الطاقة عند زاوية ميل تبلغ 20 درجة. كما قام العلماء بتطوير خلية شمسية بيروفيسكايت ثنائية الوجه لاستخدامها في الأجهزة الكهروضوئية أحادية الوصلة أو المزدوجة.
أجرى باحثون من المعهد الهندي للتكنولوجيا في بومباي تحليلًا كميًا لقيم الانعكاس الخلفي (الألبيدو) وزاوية الميل المثلى في خلايا البيروفيسكايت ثنائية الوجه. ووجدوا أن زيادة الألبيدو الخلفي إلى 0.5 واستخدام زاوية ميل قدرها 20 درجة يؤديان إلى تحقيق أعلى مستويات الكفاءة.
وقال المؤلف الرئيسي بول أنانتا في حديثه لمجلة: “تقدم دراستنا تصنيع خلايا شمسية بيروفيسكايت ثنائية الوجه ذات كفاءة عالية، وتحقق في خصائصها الفريدة باستخدام تقنيات توصيف متعددة تشمل تأثيرات الانعكاس اللابرتياني من خلال مصفوفات زوايا الميل والإضاءات ذات الانعكاس المنخفض”.
المكونات الرئيسية للخلايا
أكد العلماء أن المكون الرئيسي في خلاياهم الشمسية ثنائية الوجه هو الطبقة الخلفية الشفافة المصنوعة من أكسيد الزنك الإنديوم (IZO)، والتي تتميز بموصلية ممتازة وحركية عالية وشفافية كبيرة. تبلغ المساحة النشطة للجهاز 0.175 سم² عند تعرضه للضوء من الأمام و0.14 سم² عند تعرضه للضوء من الخلف.
تم تصميم الخلية بقاعدة شفافة من أكسيد القصدير المطعَّم بالفلور (FTO)، وطبقة نقل الإلكترونات (ETL) المصنوعة من أكسيد القصدير (SnO2)، ومادة ماصة من البيروفيسكايت، وطبقة نقل ثقوب (HTL) تعتمد على مادة سبيرو-OMeTAD وأكسيد الموليبدينوم (MoOx)، بالإضافة إلى طبقة (IZO)
نتائج الأداء
أوضح أنانتا: “حقق الجهاز القياسي كفاءة تحويل طاقة قصوى بلغت 17.46% عند تعرضه لإضاءة أمامية بقدرة 1 Sun AM1.5G”. كما لوحظ تأثير كبير للانعكاس اللابرتياني الناتج عن الأرض عند تغيير زاوية الميل، حيث ارتفعت الكفاءة من 17.46% إلى 18.82% عند زاوية ميل تبلغ 20 درجة.
تأثير الألبيدو وزاوية الميل
وجد الباحثون أيضًا أن زيادة الألبيدو الخلفي إلى 0.5 أدت إلى تحقيق كفاءة قصوى بلغت 26% بعامل كفاءة ثنائية الوجه وصل إلى 89.3% عند زاوية ميل 20 درجة.
وأضاف أنانتا: “أدى التأثير التكاملي بين ألبيدو 0.5 وزاوية ميل قدرها 20 درجة إلى تطوير خلايا شمسية بيروفيسكايت ثنائية الوجه بكفاءة بلغت 26.46%. كما تم استخدام محاكاة SCAPS-1D للتحقق من التأثيرات التجريبية للانعكاس اللابرتياني”.
متانة وأداء عالي
أكدت الدراسة أن هذه الخلايا تتميز بتغليف ذاتي داخلي ومتانة كيميائية ملحوظة، ما يجعلها مقاومة للعوامل البيئية. وأضاف الباحثون: “تتنبأ دراستنا بظهور خلايا بيروفيسكايت ثنائية الوجه ذات كفاءة عالية وتكلفة منخفضة كواحدة من التقنيات الرائدة في أنظمة الطاقة الكهروضوئية أحادية ومزدوجة الوصلة لتوليد الكهرباء في المستقبل القريب”.
وقد تم نشر نتائج هذه الدراسة في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces تحت عنوان “التقدير الكمي لتغير الألبيدو وزاوية الميل في خلايا بيروفيسكايت الشمسية ثنائية الوجه”.
