كيف كسرت Longi حاجز الكفاءة التقليدية في الخلايا الشمسية الثنائية؟

في إنجاز علمي استثنائي، أعلنت شركة Longi  الصينية، الرائدة في تصنيع الألواح الشمسية، عن تحقيق كفاءة تحويل طاقة مذهلة بلغت34.85%  في خلية شمسية ترادفية ثنائية الطرف تعتمد على مادة البيروفسكايت. وقد أكد هذا الإنجاز رسميًا المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، مما يجعله رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا لهذا النوع من الخلايا.

تحطيم الأرقام القياسية: إلى أين وصلت  Longi؟

قبل هذا الإنجاز، كانت Longi قد سجلت رقماً قياسياً سابقاً بكفاءة بلغت 34.6%  لنفس التكوين من الخلايا، وذلك في سبتمبر الماضي، عندما نشرت ورقة علمية مفصلة عن تصميم الخلية الذي تم الكشف عنه لأول مرة في نوفمبر 2023.

الأكثر إثارة أن هذا الرقم الجديد يتجاوز ما يُعرف بحد شوكلي-كويزر (Shockley-Queisser limit) البالغ 33.7%  للكفاءة النظرية القصوى للخلية الشمسية الترادفية ثنائية الوصلة، في خطوة غير مسبوقة في عالم الطاقة الشمسية.

السرّ خلف الكفاءة الفائقة: ابتكارات تقنية متقدمة

اعتمدت Longi في تصميمها الجديد على استراتيجية مبتكرة تعرف باسم تمرير الواجهة ثنائية الطبقة (Bilayer Interface Passivation)، لتعظيم كفاءة نقل الإلكترونات ومنع مرور الفجوات.

وقد تحقق ذلك من خلال دمج طبقة رقيقة من فلوريد الليثيوم (LiF) مع ترسيب جزيئات قصيرة السلسلة من إيثيلين ديامونيوم ديوكسيد  (EDAI)

وأوضح الباحثون:  “رغم أن زيادة سماكة طبقة الـLiF  تعزز عملية التمرير، إلا أنها تؤدي إلى خسائر مقاومية غير مرغوبة. ولكن باستخدام جزيئات  EDAI، أمكن كيميائيًا تمرير المناطق غير المتصلة بالـLiF، مما شكل تلامساً موضعياً على مقياس النانو عند واجهة البيروفسكايت مع طبقة  C60، ليتم تحقيق توازن مثالي بين التمرير واستخلاص الشحنات.”

دمج مثالي بين البيروفسكايت والسليكون

تمكنت Longi أيضاً من تحقيق تكامل هيكلي “أفضل” بين الخلية العلوية المصنوعة من البيروفسكايت والخلية السفلية من السيليكون البلوري، وذلك باستخدام تقنية حاصلة على براءة اختراع لخلايا السليكون ذات الوصلة المتغايرة (HJT) مع سطح غير متماثل التمويج.

حيث صرّح الفريق البحثي: “يتميز السطح الأمامي للخلية السيليكونية بتمويج دقيق يسهل تحضير فيلم البيروفسكايت، بينما يستخدم السطح الخلفي تمويجاً واسع النطاق لتعزيز التمرير والاستجابة الطيفية للأشعة تحت الحمراء.”

نتائج ملموسة: قفزة في الجهد ومعامل الامتلاء

ساهمت طبقة LiF/EDAI الثنائية في رفع الجهد الدائري المفتوح للخلية إلى 1.97  فولت، ومعامل الامتلاء إلى 83.0%، بفضل كبح إعادة الاتحاد عند الواجهات، مما أدى إلى تحسين استخلاص الشحنات عند طبقة نقل الإلكترون  (ETL)

شراكات بحثية داعمة

لم يكن هذا الإنجاز ليتحقق لولا الدعم القوي الذي حظي به المشروع من جهات أكاديمية وبحثية رائدة، هي:

• جامعة سوتشو  (Suzhou University)
• معهد هوا نينغ لأبحاث الطاقة النظيفة  (Huaneng Clean Energy Research Institute)
• جامعة هونغ كونغ بوليتكنيك  (HKPU)

ماذا يعني هذا الإنجاز لمستقبل الطاقة الشمسية؟

يمثل هذا التقدم قفزة هائلة نحو تحسين الكفاءة الكلية لتقنيات الطاقة الشمسية، ما يدفع العالم خطوة إضافية نحو أنظمة أكثر إنتاجية واعتمادية في مجال الطاقة المتجددة.

🔎 المصدر:  مقال “Longi achieves 34.85% efficiency in a two-terminal tandem perovskite solar cell”، بتأكيد المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL)