مناقشة رسالة ماجستير في كلية التربية للعلوم الصرفة

نوقشت رسالة ماجستير في كلية التربية للعلوم الصرفة، وذلك في قاعة الشهيد السيد حسن نصر الله ، لقسم الفيزياء، بعنوان ” Inorganic Perovskites Solar Cells ” (الخلايا الشمسية البيروفسكايتية غير العضوية) للباحثة (معالي عبدالله غالي) .

تألفت لجنة المناقشة من الأعضاء المدرجة أسماؤهم أدناه:

• أ.د. حيدر كاظم محمد / جامعة ذي قار / كلية التربية للعلوم الصرفة / رئيساً

• أ.د. فؤاد نمر عجيل/ جامعة سومر/كلية العلوم/ عضواً

• ا.م.د. علاء اياد خضير / جامعة ذي قار /كلية التربية للعلوم الصرفة / عضواً

• أ.د. سامر مهدي عبد المحسن/ جامعة ذي قار / كلية التربية للعلوم الصرفة / عضواً ومشرفاً

بعد دفاع الباحثة عن رسالتها والنتائج التي توصلت إليها، تم قبول الرسالة من قبل أعضاء اللجنة.

أهداف الدراسة:

الهدف العام:

دراسة وتحسين أداء خلايا شمسية بيروفسكايتية غير عضوية (CsPbX₃) من خلال فحص تأثير طبقات ناقلة مختلفة للإلكترونات والفجوات (C60/SWCNT) على معلماتها الكهروضوئية، واستخدام أدوات المحاكاة لتحديد التكوين الأكثر كفاءة لتحقيق زيادة في كفاءة تحويل الطاقة.

الأهداف الفرعية:

1. دراسة تأثير تركيبات الهاليدات المختلفة (I، Br، Cl) على أداء خلايا CsPbX₃ البيروفسكايتية.

2. تقييم تأثير طبقات ناقلة الإلكترونات والفجوات المختلفة (C60/SWCNT) على المعلمات الكهروضوئية الأساسية مثل الجهد المفتوح (Voc)، التيار القصير الدائرة (Jsc)، معامل التعبئة (FF)، وكفاءة تحويل الطاقة (PCE).

3. محاكاة هياكل الخلايا الشمسية البيروفسكايتية باستخدام برنامج SCAPS-1D لتحديد التكوين الذي يوفر أعلى كفاءة.

الاستنتاجات:

قدمت هذه الدراسة تحليلًا مقارنًا مفصّلًا لخلايا شمسية بيروفسكايت غير عضوية تعتمد على طبقة ممتصّة من CsPbI₃، باستخدام تكوينات مختلفة من مواد نقل الإلكترون والفجوة. استخدم التكوين الأول الجرافين (Gr) وأنابيب الكربون النانوية (CNTs) كطبقات لنقل الإلكترون والفجوة على التوالي، بينما استخدم التكوين الثاني C₆₀ وأنابيب الكربون أحادية الجدار (SWCNTs).

أظهرت النتائج أن الخلية الثانية (C₆₀/SWCNT) تتفوق على الأولى من حيث كفاءة نقل الإلكترونات. حققت طبقة نقل الإلكترون C₆₀ كفاءة عالية في استخراج الإلكترونات التي تساهم مباشرة في التيار الكهربائي، مما يعزز تدفق الإلكترونات ويقلل من خسائر النقل.

في المقابل، أظهرت الخلية الأولى (Gr/CNT) كفاءة أقل في نقل الإلكترونات، مما يقلل التيار الكهربائي الناتج ويحد من الأداء الكلي. أما بالنسبة إلى كفاءة تحويل الطاقة النهائية، فقد وصلت خلية C₆₀/SWCNT إلى 10.9٪، بينما حققت خلية Gr/CNT نسبة 7.2٪.

تُبرز هذه الدراسة الأهمية الكبرى لاختيار طبقة نقل إلكترونات عالية الكفاءة في تصميم خلايا البيروفسكايت الشمسية، خاصة عندما يكون الهدف الأساسي هو تعزيز استخراج الإلكترونات وزيادة التيار الكهربائي الناتج.

التوصيات:

١. استكشاف مواد ناقلة إضافية: يمكن للدراسات المستقبلية التحقيق في مواد ذات فجوة طاقة منخفضة أخرى، مثل MoS₂ وWS₂ أو الهياكل الهجينة ثنائية الأبعاد، لتحقيق توافق أفضل لمستويات الطاقة وتحسين حركة الشحنات.

2. تقنيات تمرير العيوب (Defect Passivation): ينبغي إجراء أبحاث إضافية لاستكشاف طرق التمرير الكيميائي لتقليل حالات الفخاخ في البيروفسكايت وطبقات النقل، مما يعزز عمر الناقلات واستقرار الجهاز.

3. الهياكل متعددة الوصلات (Multi-Junction): دمج CsPbI₃ مع خلايا بيروفسكايت أو خلايا سيليكون فرعية أخرى في تكوينات متسلسلة يمكن أن يتجاوز حد Shockley–Queisser ويحقق كفاءات أعلى بشكل عام.

4. تقييم استقرار الحرارة: بما أن البيروفسكايت غير العضوي مستقر حراريًا، سيكون من المفيد اختبار أداء الخلايا المصنعة على المدى الطويل تحت دورات حرارية مختلفة لمحاكاة الظروف الخارجية الواقعية.

5. قابلية التوسع وتقنيات التصنيع: ينبغي دراسة طرق ترسيب قابلة للتوسع مثل الطلاء بالشفرات أو الرش الحراري للإنتاج الكمي، مع الحفاظ على جودة المواد وأداء الأجهزة.

6. الكفاءة الكمومية والتحليل البصري: يمكن أن توفر القياسات البصرية التكميلية، مثل الكفاءة الكمومية الخارجية (EQE)، فهمًا أعمق للخسائر الطيفية وسلوك الامتصاص، مما يساعد على تحسين سماكة الطبقات والواجهات البصرية.