الأبحاثالأخبار

تصنيع خلايا البيروفسكايت الشمسية بقطعة ورق فقط؟ طريقة جديدة تخبرك كيف! (مع فيديو)

(نانوويرك): تعد الخلايا الشمسية شبه الموصلة من البيروفسكايت تقنية ضوئية مثيرة للغاية تمتلك كفاءات مماثلة للسيليكون ولكنها مصبوبة أو مطبوعة في أغشية رقيقة عبر أحبار سائلة.

قام فريق من جامعة تور فيرغاتا وجامعة زنجان بتطوير طريقة جديدة تستخدم ورقة عادية لتصنيع أغشية البيروفسكايت بدون أي معدات باهظة الثمن على الإطلاق. الطريقة لتحقيق أداء عالٍ ذات التكلفة الرخيصة بشكل ملحوظ، هي بنقع أداة للورق في مضاد للمذيبات مما يضاعف كفاءته تقريبًا مقارنة باستخدام الورق جافًا، لتصل إلى 11٪ على مواد بلاستيكية مرنة مركزة. إن الورق، مقارنة بأدوات التطبيق اللينة الأخرى، يمتلك المسامية والنعومة المناسبين لترسيب أغشية البيروفسكايت عالية الجودة.

الرسم التوضيحي التخطيطي السابق يوضح الترسيب عبر طريقة الأداة الغارقة في مضاد للمذيبات (DASSA)*:

أ) مواد مركزة من (PET / ITO / SnO2) مع جزأين متوازيين مصنوعان من الشريط عند الحواف (يتم وضع المادة المركزة على صفيحة ساخنة)؛ ب) انتشار بدائل البيروفسكايت على المادة المركزة (PET / ITO / SnO2)؛ ج) نقع قطعة الورق في مادة مانعة للتذويب؛ د) رسم على أداة الورق في محلول البيروفسكايت وفواصل الشريط من جانب واحد من المادة المركزة إلى الجانب الآخر؛ هـ) صورة لتطبيق مضاد للتذييل على قطعة من الورق؛ و) صورة نقع قطعة من الورق المطبق في مادة مضادة للمذيبات وطريقة (DASSA)* التي يتم فيها الرسم على قطعة من الورق المنقوعة مسبقًا في مادة مضادة للمذيبات بحيث يتم تشكيل فيلم البيروفسكايت ذي اللون البني عند الحافَة الخلفية من أداة التطبيق**.

تعد الخلايا الشمسية من أشباه الموصلات من البيروفسكايت تقنية كهروضوئية مثيرة للغاية لأنها تمتلك كفاءات تحويل طاقة مماثلة لتلك القائمة على السيليكون التقليدي ولكن يمكن صبها في أغشية رقيقة عبر أحبار توفر فوائد متعددة في التصنيع. يتم ترسيب معظم أغشية البيروفسكايت في المعامل حول العالم بواسطة الطلاء الدائري الذي يضمن تحكمًا عاليًا في سماكة الفيلم وكذلك في تشكيله. ومع ذلك، فإن معظم الحبر يطرد ويضيع خلال الترسيب.

كان هناك جهد في تطوير تقنيات الطلاء للترسيب على مساحات كبيرة. تتضمن أكثر الخلايا الشمسية كفاءة التي يتم تصنيعها عن طريق الطلاء الدائري بإضافة قطرات من مضاد المذيبات (أي سائل بخصائص مختلفة لتلك المستخدمة في أحبار البيروفسكايت الأولية) في أثناء الدوران مما يُمكِّن من تحسين الجودة لتتشكل أغشية البيروفسكايت الشبه الموصلة. هذه الطريقة صعبة التنفيذ عند استخدام تقنيات الطلاء لمساحات كبيرة، حيث تتم بالهندسة الدقيقة لعمليات التجفيف التي تتضمن على سخانات أو تدفقات غازية للتحكم في شكل طبقة البيروفسكايت.

نشر فريق دولي من الباحثين من إيطاليا وإيران طريقة جديدة تمامًا تستخدم ورقة بسيطة لأفلام البيروفسكايت تعمل بدون طبقة الطلاء الدائري أو غيرها من تقنيات للمساحات الكبيرة مثل طلاء فتحة القالب أو الطلاء الحاد. تم نشر نتائج مشروعهم في دورية iScience، الدورية المتعددة التخصصات التي تبرز الوصفات المختلفة لتصنيع الخلايا الشمسية فعالة بهذه الطريقة الجديدة، وقد نشر بعنوان (“طريقة ترسيب بسيطة وفعالة لأغشية بيروفسكايت للخلايا الشمسية باستخدام ورقة عادية”)***.

يسارًا: منحنيات J-V للخلايا الشمسية حيث تم ترسيب طبقة البيروفسكايت باستخدام أداة غارقة مضاد للمذيبات (DASSA) مصنوع من ورقة صغيرة تحت ظروف الاختبار القياسية. على اليمين: صورة للخلية الشمسية مع PET

وصفت نزيلة زرابينيا ، المؤلف الأول للعمل: “عندما انضممت إلى مختبرات CHOSE في روما للتدريب، لاحظت بالصدفة أن ترك قطعة من ورق التنظيف مبللة بالمذيب فوق طبقة مبللة من مادة البيروفسكايت، تحولت إلى اللون البني فيما بدا وكأنه فيلم أشباه الموصلات البيروفسكايت الواعد. اقترح مشرفي في روما، البروفيسور براون، بأنني طورت طريقة جديدة للطلاء بناءً على هذا الاكتشاف” واضافت أيضا “لقد عملنا على تجربة أدوات تطبيق لينة مختلفة ولكن أفضل ما يكون هو الورق الذي يمتلك الخصائص الأكثر فائدة لتميزه بالمسامية والنعومة، “

كانت الأعلى كفاءة لخلية مرنة بهذا الترسيب عبر طريقة تطبيق مضاد للمذيبات غارقة (وتسمى اختصارا DASSA) كانت 11٪. يعتقد الباحثون أن هذه الكفاءة مقبولة، خاصة بالنسبة للخلايا الشمسية المرنة التي تعتمد على ركائز بلاستيكية المعروفة ب”PET”، وباستخدام العمليات العادية بالكامل. لقد كانت الكفاءة المقابلة التي تم تحقيقها باستخدام أجهزة الطلاء الدائري باستخدام طريقة مقاومة المذيبات هي 14.9٪، ولذلك هناك مجال لمزيد من التحسين. يقترح المؤلفون في البحث المنشور إجراءً آليًا للوصول إلى المزيد من التحسين في المستقبل.

مخططات الطريقة

علق توماس إم براون، مؤلف العمل في المقابلة التي اجريت معه: “نعتقد أن هذه الطريقة البسيطة ستجذب جميع المختبرات التي تنشئ خطًا في أبحاث البيروفسكايت الذين لم يتمكنوا (مقابل المال أو الوقت) من شراء معدات الترسيب باهظة الثمن ((يشبه إلى حد ما الطلاء اليدوي لأفلام التيتانيا التي كانت تستخدم على نطاق واسع لدخول في مجال صبغ الخلايا الشمسية الحساسة)) لأنها تتيح ترسيب فيلم البيروفسكايت بثمن بخس للغاية. يمكن أيضًا أن يكون ذا أهمية خاصة للمجموعات التي تطور تقنيات الطباعة الآلية بواسطة تطبيق طريقة مضاد المذيبات، ليس على فيلم البيروفسكايت كالمعتاد، ولكن باستخدام أداة التطبيق** بدلاً عنها. إضافةً إلى ذلك، سيكون من المثير للاهتمام محاولة توسيع هذه الطريقة أيضًا إلى الطبقات المتنقلة لتصنيع الخلية الكاملة”.

أظهر الباحثون أن نقع الورق المستخدم كأداة تطبيق في مضاد للمذيبات يزيد من كفاءة تحويل الطاقة للخلايا الشمسية بنسبة 82٪ مقارنة بالخلايا الشمسية المصنعة حاليا حيث تم تطبيقه على فيلم البيروفسكايت باستخدام ورقة من الورق الجاف.

أعضاء الفريق هم من قسم الفيزياء، كلية العلوم، جامعة زنجان، إيران، و CHOSE**** (مركز الطاقة الشمسية الهجينة والعضوية)، قسم الهندسة الإلكترونية، جامعة روما تور فيرغاتا، إيطاليا.

بقلم نزيلة زارابينيا، جامعة زنجان – الترجمة من قبل موقع نادي نانو

الهوامش:

*Deposition via an Anti-solvent soaked applicator

**Paper Applicator

***”Simple and effective deposition method for solar cell perovskite films using a sheet of paper”

****Centre for Hybrid and Organic Solar Energy

زر الذهاب إلى الأعلى