يعمل جيانغ ليو زميل ما بعد الدكتوراه في مجموعة البروفيسور ستيفان دي وولف في مركز أبحاث الطاقة الشمسية في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) ، على تطوير خلايا شمسية ترادفية عالية الكفاءة من مادة البيروفسكايت والسيليكون من خلال دراسة فلوريدات المعادن الأخرى ، مثل فلوريد المغنيسيوم ، وهندستها كطبقة بينية إضافية يمكنها فصل الشحنات وتعزيز الأداء في هذه الخلايا الشمسية.

Portrait of KAUST postdoctoral student, Jiang Liu. Photo: KAUST 2022

ولتحقيق ذلك قاموا بعملية التبخير الحراري لهذه الفلوريدات المعدنية على طبقة البيروفسكايت لتشكيل فيلم موحد رقيق للغاية بسمك متحكم به قبل إضافة طبقة نقل الإلكترون ، والتي تشتمل عادةً على الفوليرين المتقبل للإلكترون (C60) ومكونات التلامس العلوية.

وتتميز هذه الطبقات البينية بالشفافية والاستقرار بدرجة عالية ، بما يتماشى مع متطلبات الخلايا الشمسية المعكوسة(p-i-n)، يقول ليو: "لم يجتز أي من الأجهزة السابقة بروتوكولات الاختبار القياسية للجنة الكهروتقنية الدولية ، مما دفعنا إلى إنشاء بديل لها".

عززت الطبقة البينية لفلوريد المغنيسيوم التي استخدمها فريق ليو ودي وولف بشكل فعال استخراج الإلكترون من الطبقة النشطة من البيروفسكايت مع إزاحة طبقة (C60) من السطح وبالتالي تحسين نقل الشحنة عبر الخلية الفرعية.

يقول البروفيسور دي وولف: "بإدخال طبقة رقيقة للغاية تعتمد على الفلوريد في واجهة البيروفسكايت وطبقة (C60) المواجهة للشمس ، عند نقطة الاتصال العليا الانتقائية للإلكترون ، نثبت أنه يمكن ضبط واجهات نقل الشحنة وتهجينها بنجاح مع الحفاظ على شفافية عالية للضوء الوارد".

حققت الخلية الشمسية الترادفية الناتجة زيادة قدرها 50 ملي فولت في جهد التيار المفتوح وكفاءة تحويل طاقة ثابتة معتمدة بنسبة 29,3 في المائة - وهي واحدة من أعلى الكفاءات للخلايا الترادفية المصنوعة من البيروفسكايت والسيليكون ، يقول ليو: "بالنظر إلى أن أفضل كفاءة مسجلة هي 26,7 في المائة بالنسبة للخلايا أحادية الوصلة القائمة على السيليكون البلوري السائد ، يمكن لهذه التقنية المبتكرة أن تحقق أداءً عالياً دون تكلفة تصنيع إضافية".

ولاستكشاف إمكانية تطبيق هذه التقنية ، يعمل الفريق على تطوير إنتاج هذه الخلايا الترادفية من البيروفسكايت والسيليكون على نطاق صناعي بمساحات تزيد عن 200 سم مربع.

يقول ليو: " نعمل أيضًا على تطوير العديد من الاستراتيجيات للحصول على أجهزة ترادفية عالية الاستقرار ستجتاز بروتوكولات الاستقرار الصناعي المهمة".