المصدر: مجلة الكهروضوئية
يدعي فريق دولي من الباحثين بقيادة جوليان ستيل في جامعة KU Leuven في بلجيكا أنه قد طور عملية لتحسين الاستقرار الحراري لواحدة من أكثر مواد البيروفسكايت الواعدة للتطبيق الكهروضوئي: CsPbI3.
"من أكبر العقبات التي تعترض النشر التجاري للخلايا الشمسية بيروفسكايت هو عدم الاستقرار" ، قال ستيل. "تكلفة مكوناتها منخفضة ، وكفاءتها مرتفعة للغاية ولكن استقرارها لا يزال يمثل مشكلة."
جميع المتغيرات perovskite المكتشفة حتى الآن حساسة كيميائيا. يمكن أن يؤدي التعرض للهواء والرطوبة والضوء والحرارة إلى تغيير روابطها الكيميائية وتحطيمها. وقال ستيل إن دمج السيزيوم في صياغة CsPbI3 يجعل المادة أكثر قوة ولكنه يقدم أيضًا عدم استقرار الطور ، مما يثير قلقًا جديدًا لمصنعي الخلايا الشمسية حول ما إذا كانت الجزيئات ستغير التصميم في أي وقت.
تعدد الأشكال ، كما هو معروف ، يبعث على القلق بالنسبة للمصنعين. عند أكثر من 320 درجة مئوية ، تتبنى CsPbI3 بنية بلورية تجعلها سوداء وغير شفافة. عند درجة حرارة الغرفة ، يستأنف التكوين غير المتبلور الذي يمنحه اللون الأصفر. الشكل الأخير يقلل بشكل كبير من امتصاص الضوء وكفاءة أي خلية شمسية يتم فيها دمج المواد.
لسنوات ، كانت العملية التي تحكم تحول المرحلة في CsPbI3 غير واضحة. تمكن الباحثون من فرض مرحلة بلورية من خلال دمج مركبات كيميائية جديدة في طبقات البيروفسكايت ، أو عن طريق تغيير حجم البلورات التي تتكون منها. ومع ذلك ، لم يتمكن أحد حتى الآن من شرح سبب نجاح هذه الحيل. يتعلق اللغز المتكرر لماذا تتحول الطبقات المصلبة في ظروف متماثلة إلى اللون الأصفر وأحيانًا سوداء عندما تبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
التوتر الشديد
حددت القياسات التي أجريت في مرفق الإشعاع السنكروتروني الأوروبي في غرونوبل ، فرنسا مؤخرًا مرشحًا قد يقود انتقال المرحلة: الركيزة التي يتم فيها ترسيب طبقة البيروفسكايت.
في مقال في مجلة Science ، أوضح Steele أن التقاطع بين طبقة البيروفسكايت والسطح الزجاجي المطبق عليها يمكن أن يتسبب في حدوث توتر داخل الطبقة القادرة على ربط المرحلة المطلوبة كنتيجة لذلك.
وفقا للدراسة ، التي شملت العلماء في 11 مركزا للبحوث في ثلاث قارات ، فإن العلاقة بين البيروفسكيت والركيزة التي تتشكل أثناء الصلب عند درجة حرارة عالية لا تزال قائمة حتى بعد العودة إلى درجة الحرارة المحيطة. إذا كان انخفاض درجة الحرارة حادًا جدًا ، يمكن أن يحافظ البيروفسكايت على الشبكة البلورية للواجهة والتكيف معها.
وقال ستيل إن طبقة البيروفسكيت تمتد "مثل الأكورديون" عند تسخينها. وأضاف الباحث الرئيسي: "عندما تبرد ، تحاول هذه الطبقة الضغط مرة أخرى ولكن الواجهة التي تكونت مع الركيزة تبقيها ممتدة. لقد أظهرنا في دراستنا أن هذا التوتر بين طبقة البيروفسكايت والركيزة يمكن استغلاله لتحقيق الاستقرار في الطور البلوري الذي يجعل طبقات البيروفسكايت السوداء. "
