أعلنت شركة لونجي الصينية الرائدة في تصنيع الوحدات الشمسية عن تحقيق رقم قياسي جديد في كفاءة تحويل الطاقة لخلايا التانديم ثنائية الطرف القائمة على البيروفسكايت والسيليكون، حيث بلغت الكفاءة 35.31% بفضل تصميم جزيئي مبتكر يعتمد على جزيئات ذاتية التجميع.
تفاصيل التقنية الجزيئية الجديدة
طور باحثو الشركة جزيئات ذاتية التجميع (SAM) مصممة خصيصًا لكبح التراكم الجزيئي المفرط مع الحفاظ على نقل الشحنة بكفاءة. أوضح الباحث في لونجي، بو هي، أن هذا التصميم الجزيئي يعزز تشكيل طبقة أحادية ذاتية التجميع منتظمة ومنظمة جيدًا، حتى على الأسطح الخشنة والمتميزة بالهرم.
صمم الفريق أربع مشتقات من جزيئات SAM استنادًا إلى جزيء 4PACz الشائع الاستخدام، وهي TC0 وTC1 وTC2 وTC3. أظهر المشتق TC2 أفضل توازن بين التعبئة الجزيئية، التصاق الركيزة، ونقل الشحنة، حيث يجمع تركيبه بين هيكل مترابط ومجموعة جانبية فينيل ملتوية باعتدال. كشفت المحاكاة الجزيئية عن تغطية سطحية بلغت 83.1% لـ TC2، مقارنة بـ 75.0% لـ TC1 و73.3% لـ TC3، وأكدت القياسات التجريبية تحقيق TC2 لتغطية تزيد عن 80% مع ثبات ربط قوي.
حسّن الترتيب الجزيئي المحسن أيضًا الخصائص الإلكترونية للواجهة بين طبقة أكسيد القصدير والإنديوم (ITO) والممتص البيروفسكايت. عدل TC2 دالة عمل الـ ITO وقدم محاذاة مواتية لمستويات الطاقة لاستخراج الثقوب بكفاءة، مما عزز المجال الكهربائي الداخلي وسرّع فصل الشحنة ونقلها، بينما قللت التغطية المحسنة للواجهة من العيوب وكبحت إعادة التركيب.
أداء الخلية المعتمدة
صنع الباحثون خلية تانديم أحادية الطرف ثنائية المحطات تجمع بين خلية بيروفسكايت علوية وخلية هيتيرو جنكشن (HJT) سفلية. تتميز الخلية بطبقة سيليكون سفلية ذات نسيج هرمي مطلية بطبقة إعادة تركيب من ITO، تليها طبقة SAM قائمة على TC2 تعمل كاتصال انتقائي للثقوب. يُترسب ممتص البيروفسكايت على طبقة SAM ويغطى بطبقة בינية من فلوريد الليثيوم (LiF)، وطبقة نقل إلكترون من فوليرين (C60)، وطبقة عازلة من أكسيد القصدير (SnOx). يكتمل التجميع بقطب شفاف من أكسيد الإنديوم والزنك (IZO)، واتصال فضي (Ag)، وطلاء بصري من فلوريد المغنيسيوم (MgFx).
حققت الأجهزة القائمة على TC2 متوسط جهد دائرة مفتوحة قدره 2.007 فولت وعامل تعبئة 84.30%، متفوقة على الخلايا القائمة على 4PACz وTC1 وTC3. بلغ الجهاز البطل كفاءة تحويل طاقة 35.31%، مع كثافة تيار دائرة قصيرة 20.82 مللي أمبير/سم²، وجهد دائرة مفتوحة 2.007 فولت، وعامل تعبئة 84.53%. اعتماد مستقل من المركز الوطني الصيني لفحص جودة المنتجات الكهروضوئية الشمسية (CPVT) صدق على كفاءة مسح عكسي 35.25%، وعامل تعبئة 84.98%، وكفاءة مستقرة 35.13%.
أظهرت اختبارات الاستقرار مقاومة محسنة للتدهور الناجم عن الضوء وانفصال الطور في أفلام البيروفسكايت القائمة على TC2. حافظت أجهزة التانديم على 94% من كفاءتها الأولية بعد 1500 ساعة من التشغيل المستمر تحت بروتوكول ISOS-L-1، و82% بعد 1000 ساعة عند 65 درجة مئوية تحت بروتوكول ISOS-L-2.
سياق الإنجازات السابقة
يستند هذا التطور إلى سلسلة من التقدم في هندسة الواجهة الجزيئية للخلايا الكهروضوئية البيروفسكايتية. في سبتمبر، طور فريق دولي يتضمن جامعتي هونغ كونغ البوليتكنيك وشمال غرب البوليتكنيكية استراتيجية جزيئية لكسر التناظر حسّنت تغطية SAM. في ديسمبر 2025، حقق باحثون بقيادة جامعة شمال غرب البوليتكنيكية خلية تانديم بكفاءة معتمدة 31.71% عبر تلميع كيميائي انتقائي. في نفس الفترة، سجل فريق بقيادة جامعة سوتشو كفاءة 32.3% باستخدام تصميم واجهة تكميلي مكاني. مؤخرًا، طورت لونجي وجامعة سوتشو خلية تانديم بكفاءة 34.0% باستخدام واجهة ثنائية التثبيت تتضمن جزيئات نانوية من أكسيد الزركونيوم (ZrO2).
تواصل لونجي تقدمها في كفاءة خلايا التانديم؛ ففي أبريل 2025 حققت كفاءة معتمدة 34.85% باستخدام استراتيجية تمرير ثنائية الطبقة، وفي يوليو 2026 رفعت سجل الكفاءة إلى 35.5% مع اعتماد مستقل من منشأة الاختبار الشمسي الأوروبية (ESTI). إلى جانب أبحاث التانديم، أحرزت الشركة تقدمًا في تقنية السيليكون البلوري التقليدية، حيث كشفت في نوفمبر 2025 عن تفاصيل تقنية لخلية سيليكون بكفاءة 27.81% تعتمد على هيكل خلفي متداخل هجين.
