لوح شمسي من البيروفسكايت بالحجم التجاري يحقق كفاءة 22% ويجتاز اختبارات المتانة

تتراجع كفاءة كثير من الخلايا الشمسية الواعدة عندما تنتقل من عينة صغيرة إلى لوح يصلح للتركيب. فريق تقوده جامعة نانجينغ صنع وحدة من البيروفسكايت بمساحة 0.72 متر مربع، وسجل لها كفاءة إجمالية معتمدة قدرها 22%، ثم أخضعها لسلسلة كاملة من اختبارات المتانة الدولية.

الرقم الأهم
كفاءة إجمالية معتمدة قدرها 22% لوحدة مساحتها 0.72 متر مربع، والقياس يشمل الحواف والوصلات التي لا تولد الكهرباء.

لماذا يصعب الانتقال من الخلية الصغيرة إلى اللوح الكامل؟

تلتقط مواد البيروفسكايت الضوء بكفاءة ويمكن ترسيبها من محاليل، لكن توسيع مساحة التصنيع يزيد احتمالات ظهور فجوات مجهرية وتفاوت في سماكة الطبقة. كما تحتاج الوحدة الكبيرة إلى تقسيم الخلايا وربطها، فتضاف مساحات غير نشطة ومصادر جديدة لفقد الطاقة.

تنتقل النتيجة خطوة أبعد من التجارب المخبرية التي ناقشتها تغطية نيو تقنية السابقة لطبقة جزيئية في خلايا البيروفسكايت. وفق الدراسة المحكمة في دورية Nature، بلغت كفاءة المساحة الفعالة 24% في وحدة مساحتها 810 سنتيمترات مربعة، بينما وصلت كفاءة المساحة الكلية إلى 22% في اللوح الأكبر.

كيف حافظت المعالجة على السطح؟

استخدم الباحثون كربوكسيلات الرصاص، وخصوصاً ثنائي أوليات الرصاص، لتثبيت المواضع المعيبة على سطح البيروفسكايت. ترتبط الجزيئات بذرات الرصاص غير المكتملة الروابط، وتخفض المسارات التي تبدد الشحنة، وتكوّن حاجزاً طارداً للماء.

طبّق المصنع المعالجة بطريقة الطلاء بالقالب الشقي، حيث يوزع رأس دقيق السائل على ركيزة متحركة في الهواء المحيط. هذه نقطة عملية، لأن نجاح مادة داخل صندوق مخبري مغلق لا يضمن إمكان توزيعها بالتجانس على مساحة تقارب مساحة لوح نافذة.

ماذا كشفت اختبارات الحرارة والرطوبة؟

يذكر تقرير جامعة نانجينغ عن التجربة أن الوحدة المعالجة فقدت 2% من أدائها بعد 1300 ساعة عند 85 درجة مئوية ورطوبة نسبية 85%. أما وحدة المقارنة المعالجة بمركب أمونيوم ففقدت 39% في الظروف نفسها. وتحملت الوحدات الجديدة 300 دورة حرارية بين 40 درجة مئوية تحت الصفر و85 درجة مئوية مع خسارة ضئيلة جداً بحسب الفريق.

اجتازت الوحدات سلسلة IEC 61215 التي تجمع اختبارات الرطوبة والحرارة والأشعة فوق البنفسجية والإجهاد الميكانيكي. ويوضح الوصف الرسمي للمواصفة أنها تكشف العيوب التي قد تعوق التشغيل الطويل، لكنها لا تحدد عمراً مضموناً في كل مناخ.

هل ظهر التحسن خارج المختبر؟

قارن الفريق بين محطة بيروفسكايت بقدرة ميغاواط واحد ومحطة سيليكون من نوع TOPCon بقدرة 3.5 ميغاواط في الموقع نفسه من مارس إلى مايو 2026. لكل وحدة من القدرة الاسمية، زاد توليد محطة البيروفسكايت المعلن بنسبة 3.42% في مارس و3.79% في أبريل و5.81% في مايو.

هذه المقارنة مفيدة لأنها تقيس الكهرباء المولدة، لا كفاءة لحظية فقط. لكنها قصيرة، وصدر تحليلها عن شركاء البحث والتطوير أنفسهم؛ لذلك لا تكشف بعد أثر الفصول المختلفة أو الأعطال أو تراجع الأداء عبر سنوات.

ما الذي يجب مراقبته الآن؟

الاختبار الحاسم التالي ليس رقماً قياسياً جديداً لخلية صغيرة. المطلوب بيانات إنتاج لسنوات، ونسب العيوب بين آلاف الوحدات، وتكلفة تصنيع معلنة، ونظام يعيد الرصاص من الألواح التالفة والمنتهية.

رفع الفريق الكفاءة الإجمالية من 17.2% في دراسة منشورة في Science عام 2025 إلى 22% بالحجم الكبير. يبرهن هذا التقدم أن معالجة السطح تعمل في خط طلاء واسع، لكن بقاء الأداء في الحقل لسنوات هو الحد الفاصل بين إنجاز هندسي ومنتج مصرفي قابل للضمان.

الخلاصة

تستحق النتيجة الاهتمام لأن جهة مستقلة اعتمدت قياس المساحة الكلية، ولأن الوحدة اجتازت تسلسلاً معروفاً من اختبارات التأهيل. أما السؤال المفتوح فهو العمر التشغيلي: 1300 ساعة من الحرارة الرطبة وثلاثة أشهر في الخارج لا تعادلان سجلاً مستقلاً يمتد سنوات.