ما هو البيروفسكايت؟
البيروفسكايت هو مادة لها نفس البنية البلورية مثل أكسيد تيتانيوم الكالسيوم المعدني ، وهو أول بلورة بيروفسكايت تم اكتشافها. بشكل عام ، تحتوي مركبات البيروفسكايت على صيغة كيميائية ABX3 ، حيث يمثل "A" و "B" الكاتيونات و X هو أنيون يرتبط بكليهما. يمكن دمج عدد كبير من العناصر المختلفة معا لتشكيل هياكل البيروفسكايت. باستخدام هذه المرونة التركيبية ، يمكن للعلماء تصميم بلورات البيروفسكايت للحصول على مجموعة متنوعة من الخصائص الفيزيائية والبصرية والكهربائية. تم العثور على بلورات البيروفسكايت اليوم في أجهزة الموجات فوق الصوتية ، ورقائق الذاكرة ، والآن - الخلايا الشمسية.
كلاين ، إيناجي ، أبولي ، كاتيون ، سبن بيروفسكيتس
تعتمد جميع الخلايا الشمسية الكهروضوئية على أشباه الموصلات - المواد الموجودة في الوسط بين العوازل الكهربائية مثل الزجاج والموصلات المعدنية مثل النحاس - لتحويل الطاقة من الضوء إلى كهرباء. يثير الضوء من الشمس الإلكترونات في مادة أشباه الموصلات ، والتي تتدفق إلى أقطاب كهربائية موصلة وتنتج تيارا كهربائيا.
كان السيليكون مادة أشباه الموصلات الأساسية المستخدمة في الخلايا الشمسية منذ خمسينيات القرن العشرين ، حيث تتوافق خصائصه شبه الموصلة بشكل جيد مع طيف أشعة الشمس وهي وفيرة ومستقرة نسبيا. ومع ذلك ، فإن بلورات السيليكون الكبيرة المستخدمة في الألواح الشمسية التقليدية تتطلب عملية تصنيع باهظة الثمن ومتعددة الخطوات تستخدم الكثير من الطاقة. في البحث عن بديل ، سخر العلماء قابلية ضبط البيروفسكايت لإنشاء أشباه الموصلات ذات الخصائص المماثلة للسيليكون. يمكن تصنيع خلايا البيروفسكايت الشمسية باستخدام تقنيات ترسيب بسيطة ومضافة ، مثل الطباعة ، مقابل جزء بسيط من التكلفة والطاقة. بسبب المرونة التركيبية للبيروفسكايت ، يمكن أيضا ضبطها لتتناسب بشكل مثالي مع طيف الشمس.
في عام 2012 ، اكتشف الباحثون لأول مرة كيفية صنع خلية شمسية مستقرة ورقيقة من البيروفسكايت مع كفاءات تحويل الفوتون إلى الإلكترون الخفيف تزيد عن 10٪ ، باستخدام بيروفسكايت هاليد الرصاص كطبقة ممتصة للضوء. ومنذ ذلك الحين، ارتفعت كفاءة تحويل خلايا البيروفسكايت الشمسية من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، حيث بلغ الرقم القياسي المختبري 25.2٪. يجمع الباحثون أيضا بين خلايا البيروفسكايت الشمسية والخلايا الشمسية السيليكونية التقليدية - تبلغ الكفاءة القياسية لهذه الخلايا الترادفية "البيروفسكايت على السيليكون" حاليا 29.1٪ (متجاوزة الرقم القياسي البالغ 27٪ لخلايا السيليكون التقليدية) وترتفع بسرعة. مع هذه الزيادة السريعة في كفاءة الخلايا ، قد تصبح الخلايا الشمسية البيروفسكايت والخلايا الشمسية الترادفية البيروفسكايت قريبا بدائل رخيصة وعالية الكفاءة للخلايا الشمسية السيليكونية التقليدية.
