ما هي مواد بيروفسكيت؟

وتُشير مواد البروفسكي إلى أي مجمع يعتمد هيكلاً بلورياً من أكسيد التيتانيوم (CaTiO3)، مع الصيغة العامة ABX3، وفي التطبيقات الفولطية، تكون أكثر المهارات شيوعاً هيدرويدات عضوية - إنغائية، حيث يكون ألف هو عادة ميثيلامونيوم (CH3NH3+) أو جهاز التحكم في التكوين (H2)

الهيكل الكريستالي وتكوينه

The cubic or tetragonal perovskite structure consists of a network of corner-sharing BX6 octahedra, with the A-site cation occupied the interstitial space. The choice of A, B, and X ions dramatically affects the material’s optoelectronic properties. For example, replacement iodine with bromine widens the bandgap, shifting the absorption toward

Properties Optical and Electronic

وبالإضافة إلى ذلك، فإن موصلات البروبوت ذات المواصفات العالية جداً - أكثر من 105 سم - 1 - متوسط طبقة فقط بضع مئات من المناظر يمكن أن تستوعب معظم ضوء الشمس، كما أنها تمتلك أطوال شمسية للشحنات الطويلة (تحتوي على ميكروغرام في الأفلام ذات الجودة العالية) ومعدلات منخفضة للامتصاص غير الإشعاعي، مما يتيح استخلاص كميات من المركبات التقليدية.

التطورات الأخيرة في تقنيات التصنيع

وقد كانت الابتكارات التحويلية حاسمة في نقل الخلايا الشمسية المحيطة بالمنقوس من الفضول إلى منتجات تجارية قابلة للاستمرار، وقد أحرز هذا المجال تقدماً من خلال مسارين رئيسيين من مسارات الصنع: معالجة الحلول ورسم البخار، وكل منهما يتمتع بمزايا متميزة بالنسبة للتصعيد ونوعية الأفلام.

تقنيات بناء القدرات

(ج) أساليب معالجة الحلول، مثل التكديس العرضي، وتركيب العيادات، وطباعة القاحلة، وحفز قابلية الارتداد من سلائف البروفسكي في المذيبات المشتركة مثل ثنائي إيثيل موسيد أو سلفوكسيد ثنائي الفينيل، وإنتاج نماذج عالية الجودة في محطات الطباعة الفرعية الصغيرة (<5 cm²) but is wasteful and unsuitable for mass production. Slot-die coating, in contrast, enables continuous deposition on flexible polymer or metal foil substrates at speeds exceeding 10 meters per minute. A 2021 study in )

Vapor Deposition

كما أن أساليب التحلل الضوئي التي تُستخدم في إطارها المادة 23 من النظام الأساسي، والتي تُستخدم في إطارها مواد مُخلة من مادة التحلل الحراري، ورسم البوليسترات الكيميائية، ورسم الأورام الفوقية في مادة التحلل العضوي، وضبطها في طبقة من الخلايا الفوقية، وتركيبها في طبقة من الخلايا العضوية المحتوية على البوليسترات، وقطعها.

التكتل والوحدة

(ب) مبادرة " التكدس " من الخلايا الصغيرة إلى وحدات عملية تتطلب معالجة التوحيد، والاختلاط فيما بين الشبكات، والقطع، وقد طور الباحثون المعاطف السائلة والموجات المتحركة من أجل إيداع أفلام البنفسجية الموحدة على المناطق ⁇ 100 سم2. وبالإضافة إلى ذلك، برزت المعاطفة فوق النسيج كأسلوب غير قابل للتواصل ومناسب لعملية التلقينات، مثل سقف المزودة بالمركبات.

دال - مزايا الأداء على السيليكون

وتوفر خلايا الطاقة الشمسية في بروفسكيت مزيجا من الأداء والمرونة لا يمكن للسيليكون أن يضاهيها، وفتح مجالات تطبيق جديدة، وتخفيض التكلفة المرتدة للكهرباء.

خلايا النواحي والسجلات

One-junction perovskite cells have achieved certification PCE of 25.7% (as of 2023), rivaling the best monocrystalline silicon cells (26.1%) but with much simpler processing. Laboratory devices often rely on small active areas (~0.1 cm2) and advanced charge transport layers such as spiro-OMeTAD or SnO2. The rapid efficiency increase from 2009–8%

المرونة وتصميم الوزن الخفيف

وعلى عكس وفرة البرشان (نحو 150 إلى 200 ميكروم سميك)، يمكن إيداع أفلام البروفسكي على مواضع بلاستيكية رقيقة تهبط إلى 10 ميكروم سميكة، وتنتج خلايا شمسية مرنة وزنها 3-5 غرام لكل واط، وهذه المرونة تتيح الاندماج في جدران محمولة، وسقف السيارات، وأجنحة السائل المسيل، بل وتظهر نسيجات قابلة للكسر.

اتحادات التوليد والتعددية

وقد بلغت نسبة التوحيد بين الأزواج (من 1.2 إلى 2.3 من الحرف الإلكتروني) أعلى خلايا في البنايات المائلة بالسيليكون (الفصل 1-1 من المقياس) أو CIGS (الاختبار من 1.0 إلى 1.7 من المقياس) مما يتيح استخدام طبقة من الترقوة السائلة ذات الصبغة الضيق بنسبة تتراوح بين أربعة 5% من الوزن السائل، في حين أن هذه المادة تُثبت على مدى فترة قصيرة

التحديات الرئيسية أمام التسويق

وعلى الرغم من التقدم السريع، يجب التغلب على عدة عقبات تقنية واقتصادية قبل أن يتمكن المشتغلون بالفولطيات الضوئية من الوصول إلى اعتماد واسع النطاق للأسواق.

الاستقرار في ظل الظروف الحقيقية في العالم

(أ) المواد المشابهة التي تُرفع تحت الحرارة والرطوبة والضوء والتحامل الكهربائي، مثلاً، الأيوديوم المحتوي على الرصاص (MAPbI3) التي تُستخدم في إطار التحلل اللا رجعة عند درجة 85 مئوية في وجود مركب مركب ثنائي الفينيل متعدد الكلور وجهاز ملوث للثدييات، ويُقيَّم الاستقرار التشغيلي باستخدام نموذج اللجنة الدولية للكهرباء

الشواغل البيئية والصحية

يحتوي أكثر خلايا البروفسكي كفاءة على الرصاص، ويثير قضايا السمية في التصنيع، والتركيب، والتخلص من المواد النهائية، ويمكن أن يتدفق إلى التربة والمياه الجوفية إذا كانت الأفرقة محطمة أو غير مدوَّنة على النحو المناسب، ويستكشف الباحثون بدائل خالية من الرصاص مثل البيروفسكيات القائمة على القصدير (مثلاً، FASnI3)، والمركبات ذات القاعدة البكثية، أو البيروفسكيات المُنَّة المزدوجة مثل Cs2Ag)

Scalability and Manufacturing Yield

أما الانتقال من خلايا مختبرات صغيرة (0.1 سم2) إلى وحدات الحجم التجاري (1م2) فيعرض مسائل الكثافة والوحدة التي تخفض الكفاءة إلى حد كبير - (وهي " فجوة واسعة النطاق " من 5 إلى 10 في المائة من الخسائر المطلقة، ويواجه التغليف في المضادات الفرعية المرنة تحديات تتعلق بضبط التوترات على شبكة الإنترنت والتعريفات العيوبية، ويعرض التوحيد بنسبة 100 في المائة من حيث يُقارن مع ذلك بأرقام العالية من حيث التكاليف في إطار تركيبة.

الاتجاهات المستقبلية والتوقعات السوقية

وسيتوقف مستقبل الفولطيات الضوئية للمزخرفة على استمرار الابتكار في المواد والصناعة التحويلية وإدماج النظم.

Lead-Free and Stable Alternative Perovskites

وتُركَّز البحوث الحادة على تطوير تركيبات خالية من الرصاص تضاهي أداء المواد القائمة على الرصاص.

اختبارات القدرات المتطورة والموثوقية

ولضمان العمر 25 عاماً، يجب أن يحجب الكبسولة معدلات انتقال بخار المياه دون 10-4 غرام/م2/يوم مقارنة بالفولطيات العضوية، ويضع الباحثون طبقات للحاجز غير العضوي (Al2O3, SiOx) بواسطة ALD، ويوضحون أن وحدات التكييف المحتوية على مواد متحركة ذات طابع غير عضوي (0.28٪ من الإجهاد المختلط (الضوء والحرارة)

الصناعة والاقتراحات السوقية

وقد أعلنت عدة شركات عن خطوط إنتاج تجريبية: خطط شركة أوكسفورد للتشغيل في الحجم لزنزانات التانديم في مصنعها في براندنبورغ في عام 2025، حيث استهدفت شركة " ساول " (Saule Technologies) في بولندا، تركز على وحدات مرنة خفيفة للوزن من أجل شبكة الإنترنت (IoT) والتطبيقات غير المباشرة، وتشمل الجهات الفاعلة الأخرى " CubicPV " و Perov Solar) و " .

مسارات الإنتاج في جيغاوات - سكال

ويستلزم الارتفاع في مستويات الجيب الاستثمار في خطوط التحلل الآلي للعمر أو التبخر مع البارود 1 مترا، إلى جانب تحليلات مكافئات الطاقة في خط الاستيقاظ (مثلا، رسم خرائط لاكتشاف العيوب) وتكلفة المواد التي تستخدم في إنتاج البروفسكي (ولا سيما المواد ذات الحجم العالي من النقاء FAI و PbI2) أعلى من المواد الوسيطة للسيارات.

خاتمة

وقد تطورت تكنولوجيا التبريد الضوئي من الفضول المختبري إلى منافس خطير للجيل القادم من الطاقة الشمسية، مع وجود كفاءة قياسية، وعوامل شكلية مرنة، وإمكانية التصنيع المنخفض التكلفة، والمسكيات المشبع بالشمس، خاصة في التوابل مع السيليكوني، وهو مسار واضح لخفض التكلفة المستقرة للكهرباء الشمسية، واستمرار البحث في الاستقرار، والبدائل التحويلية ذات السرعة، وتقنيات الملاءمة.