اكتشف علماء الفيزياء في جامعة ITMO طريقة جديدة لاستخدام المواد الشفافة فيالخلايا الشمسيةمع الحفاظ على كفاءتها. تعتمد التقنية الجديدة على أساليب التطعيم، التي تُغير خصائص المواد بإضافة الشوائب دون استخدام معدات متخصصة باهظة الثمن.

تم نشر نتائج هذا البحث في ACSApplied Materials & Interfaces ("Ion-gated small molecule OPVs: Interfacial doping of charge collectors and transport layers").

يُعدّ تطوير مواد حساسة للضوء شفافة ذات أغشية رقيقة أحد أكثر التحديات إثارةً في مجال الطاقة الشمسية. يمكن وضع هذه الأغشية على النوافذ العادية لتوليد الطاقة دون التأثير على مظهر المبنى. إلا أن تطوير خلايا شمسية تجمع بين الكفاءة العالية ونفاذية الضوء الجيدة أمرٌ بالغ الصعوبة.

تتميز الخلايا الشمسية التقليدية ذات الأغشية الرقيقة بوصلات خلفية معدنية معتمة تلتقط كمية أكبر من الضوء. أما الخلايا الشمسية الشفافة فتستخدم أقطابًا خلفية ناقلة للضوء. في هذه الحالة، يُفقد جزء من الفوتونات حتمًا أثناء مرورها، مما يُضعف أداء الجهاز. علاوة على ذلك، قد يكون إنتاج قطب خلفي بخصائص مناسبة مكلفًا للغاية، كما يقول بافيل فوروشيلوف، الباحث في كلية الفيزياء والهندسة بجامعة إيتمو.

تُحل مشكلة انخفاض الكفاءة باستخدام تقنية التطعيم. لكن ضمان تطبيق الشوائب بشكل صحيح على المادة يتطلب أساليب معقدة ومعدات باهظة الثمن. وقد اقترح باحثون في جامعة إيتمو تقنية أقل تكلفة لإنتاج ألواح شمسية "غير مرئية"، تعتمد على استخدام السوائل الأيونية لتطعيم المادة، مما يُغير خصائص الطبقات المُعالجة.

وأضاف بافيل فوروشيلوف: "في تجاربنا، استخدمنا خلية شمسية صغيرة تعتمد على جزيئات، وقمنا بتثبيت أنابيب نانوية عليها. ثم قمنا بتطعيم هذه الأنابيب باستخدام بوابة أيونية. كما قمنا بمعالجة طبقة النقل المسؤولة عن وصول الشحنة من الطبقة النشطة إلى القطب الكهربائي بنجاح. وقد تمكنا من القيام بذلك دون الحاجة إلى غرفة تفريغ، وفي ظل الظروف المحيطة. كل ما كان علينا فعله هو وضع كمية من السائل الأيوني وتطبيق جهد كهربائي بسيط لتحقيق الأداء المطلوب."

تمكن العلماء، من خلال اختبار تقنيتهم، من زيادة كفاءة البطارية بشكل ملحوظ. ويعتقد الباحثون أن هذه التقنية نفسها قابلة للتطبيق لتحسين أداء أنواع أخرى من الخلايا الشمسية. وهم يخططون الآن لتجربة مواد مختلفة وتطوير تقنية التطعيم نفسها.