الخلايا الشمسية المبتكرة تستخدم الإضاءة الداخلية

طوّر فريق دولي بقيادة كلية لندن الجامعية (UCL) خلية شمسية من البيروفسكايت أكثر متانة، قادرة على جمع الطاقة بكفاءة من الإضاءة الداخلية. وتَعِد هذه التقنية بتمكين الأجهزة منخفضة الطاقة، مثل لوحات المفاتيح، وأجهزة التحكم عن بُعد، وأجهزة الإنذار، وأجهزة الاستشعار، وغيرها، من العمل دون بطاريات.

بخلاف خلايا السيليكون الشمسية التقليدية، يُمكن تعديل تركيب البيروفسكايت لامتصاص أطوال موجية محددة من الضوء الداخلي بشكل أفضل. ومع ذلك، غالبًا ما تحتوي المادة على عيوب بلورية (تُسمى "مصائد") تُحبس الإلكترونات، مما يُعطل تدفق التيار ويُعزز التحلل.

وفي الدراسة التي نشرت في مجلة Advanced Functional Materials ، جمع الفريق ثلاث مواد كيميائية لتقليل هذا العيب، بما في ذلك RbCl (كلوريد الروبيديوم) الذي يساعد بلورات البيروفسكايت على النمو بالتساوي ويقلل من الإجهاد، بالإضافة إلى اثنتين من المواد الكيميائية الأخرى التي تعمل على تثبيت أيونات اليوديد والبروميد، مما يمنعها من الانفصال وتدهور الأداء.

"تعاني الخلية الشمسية من عيوب عديدة، مثل كعكة مُقطّعة إلى قطع. المكونات الثلاثة التي أضفناها ربطت الكعكة معًا، مما سمح بتدفق التيار الكهربائي بسهولة أكبر. التأثير المُجتمع أقوى من أيٍّ من المكونات الفردية"، يوضح الباحث الرئيسي سيمينغ هوانغ، طالب الدكتوراه في جامعة لندن.

نتيجةً لذلك، حققت الخلية كفاءة تحويل بلغت 37.6% من ضوء الأماكن المغلقة عند شدة 1000 لوكس (ما يعادل سطوع مكتب)، محققةً رقمًا قياسيًا عالميًا لخلية بيروفسكايت مُحسّنة للإضاءة الداخلية بفجوة نطاقية تبلغ 1.75 إلكترون فولت. ويصل العمر المتوقع إلى أكثر من 5 سنوات، وهو عمر أطول بكثير من الأسابيع أو الأشهر في الطرز السابقة.

أظهرت الاختبارات أنه بعد أكثر من 100 يوم، حافظت البطارية الجديدة على 92% من أدائها الأولي، مقارنةً بـ 76% للعينة الضابطة. في ظل ظروف قاسية (300 ساعة من الإضاءة العالية المستمرة عند 55 درجة مئوية)، حافظت البطارية الجديدة على 76% من أدائها، بينما لم تتجاوز نسبة الأداء للعينة الضابطة 47%.

قال الأستاذ المشارك مجتبى عبدي جلبي (جامعة لندن): "تعتمد مليارات الأجهزة الصغيرة المستهلكة للطاقة حاليًا على استبدال البطاريات، وهي ممارسة غير مستدامة. يمكن لخلايا البيروفسكايت الشمسية التي طورناها أن تلتقط طاقة أكبر، وتدوم لفترة أطول، وبتكلفة أقل، لأنها مصنوعة من مواد شائعة، وسهلة التصنيع، ويمكن حتى طباعتها كطباعة الصحف."