التحق بالجامعة
الانتقال إلى الجامعة
انضم إلينا
وظائف أعضاء هيئة التدريس
رؤيتنا
المجلة العلمية
ينصب تركيز الخبرات الحالية في منصة كاوست لأبحاث الطاقة الشمسية على التطبيقات الكهروضوئية القائمة على المواد العضوية والسيليكون ومواد البيروفسكايت. وتتمحور قدرات المنصة حول عمليات تحضير أشباه الموصلات ومعالجتها وتصنيع الأجهزة وتحليل خصائصها، مع التركيز بشكل خاص على المواد والأجهزة الكهروضوئية. يغطي نطاق بعض الأعمال البحثية: الخلايا الشمسية الترادفية عالية الكفاءة من نوع البيروفسكايت/البيروفسكايت والبيروفسكايت/السيليكون، والخلايا الشمسية المُعالَجة بالمحاليل ذات المقاومة العالية، والوقود الشمسي، والخلايا الشمسية العضوية أحادية ومتعددة الوصلات وغيرها.
تُعد مختبرات المنصة ركيزة أساسية تستند إليها استراتيجية كاوست وقدراتها البحثية. تعمل الأصول التي تشتمل عليها مختبرات كاوست، إلى جانب مختبراتها الأساسية ذات المستوى العالمي، على تمكين أعضاء هيئة التدريس والباحثين وباحثي ما بعد الدكتوراه والطلبة من تجاوز حدود البحث العلمي في مجال الطاقة، ووضع الأساس للاكتشافات العلمية المستقبلية. ومنها على وجه التحديد: مختبرات المنصة الحديثة، والغرف النقية والمرافق التي تتضمن أنظمة ترسيب الأبخرة الفيزيائية والكيميائية، ومرافق تحليل الخصائص، ومختبرات التحليل الطيفي بالليزر فائق السرعة، ومختبرات تصنيع الأجهزة وتحليل خصائصها، بالإضافة إلى مجموعة واسعة من تقنيات المعالجة بالمحاليل.
الشركة المُصنعة: أنجستروم للهندسة غرف الترسيب الفيزيائي للبخار لترسيب المعادن وأكاسيد المعادن والمواد العضوية ومواد البيروفسكايت
الشركة المُصنعة: أنجستروم للهندسة
غرف الترسيب الفيزيائي للبخار لترسيب المعادن وأكاسيد المعادن
الشركة المُصنعة: إنديوتيك
ترسيب أشباه الموصلات ذات الأغشية الرقيقة
الشركة المُصنعة: إترنال صن بي. في.
منطقة اختبار بمساحة 2300 × 1200 مم - نطاق درجة الحرارة 25 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية
الشركة المُصنعة: زايس - أوريغا
مجهر إلكتروني ماسح عالي الدقة ومُزوّد بنظام تحليل طاقة الأشعة السينية
الشركة المُصنعة: بيكوسون
ترسيب الأغشية الرقيقة عالي التحكم
الشركة المُصنعة: بروكر
فحص أسطح الأغشية بدقة على مقياس النانومتر (دقة نانومترية)
الشركة المُصنعة: نياسبيك
النطاق الطيفي 650 - 2200 سم - 1 حتى 1 ميجا وات من طاقة الليزر،
الشركة المُصنعة: جهاز Riken AC-2
لقياس دالة الشغل للمادة (3.40 – 6.20 إلكترون فولت)
الخلايا الكهروضوئية المُعالَجة بالمحاليل ذات المقاومة العالية هي تقنية طاقة متجددة واعدة لها إمكانات غير مُستغلة. تقترب كفاءة تحويل الطاقة القياسية للخلايا الشمسية العضوية والقائمة على مواد البيروفسكايت بسرعة من حدودها النظرية. يمكن لهذه التحسينات تطبيق وتسويق الخلايا الكهروضوئية المُعالَجة بالمحاليل إذا ما أمكن زيادة استقرار الأجهزة، إلى جانب تحسين كفاءة عمليات تحويل الطاقة. ومع ذلك، فإن مسألة استقرار الأجهزة لم تحُذ على الانتباه البحثي المتزايد إلا مؤخرًا بصفتها ركيزة أساسية لأبحاث الخلايا الكهروضوئية الساعية إلى التصنيع واسع النطاق لمثل هذه الأجهزة. وقد أدى ذلك إلى بذل جهد كبير لاستيعاب آليات التدهور في الأجهزة التشغيلية، على الرغم من أن معالجة مسارات التدهور هذه لا تزال تشكل بدورها تحديًا. يهدف هذا البحث إلى صب التركيز على تحديد مصادر تدهور الأجهزة الكهروضوئية والقضاء عليها، وهو أمر بالغ الأهمية مثله كمثل المساعي المبذولة لتحسين كفاءة عمليات تحويل الطاقة لجعل هذه التقنية قابلة للتداول التجاري. تبذل العديد من المجموعات البحثية جهدًا جماعيًا يهدف إلى تحقيق أهداف هذا المشروع. ويتضمن ذلك، على وجه التحديد، إجراء دراسة شاملة تتناول مسألة استقرار الأجهزة أحادية ومتعددة الوصلات في البيئات المختبرية والبيئات الخارجية المحيطة الخاضعة للرقابة وذلك لتوضيح مسارات التدهور المختلفة.
عد الخلايا الشمسية من نوع البيروفسكايت (PSCs) من التقنيات الكهروضوئية عالية الكفاءة التي تشهد نموًا سريعًا. تُعد الخلايا الشمسية من نوع البيروفسكايت (PSCs) خيارًا جذابًا بشكل خاص لبناء الخلايا الشمسية الترادفية وذلك نظرًا لإمكانية ضبط فجوة نطاقها. في هذا السياق فإنه يمكن دمج خلايا البيروفسكايت السفلية ضيقة الفجوة (~1.20 إلكترون فولت) والمعتمدة على القصدير (Sn) بشكل أحادي مع خلايا البيروفسكايت العلوية واسعة الفجوة (~1.80 إلكترون فولت) لتصنيع خلايا ترادفية كاملة من البيروفسكايت. في مثل هذا التكوين، تقوم الخلية الفرعية من البيروفسكايت واسعة الفجوة بامتصاص الجزء الأزرق من الطيف الشمسي، بينما تسمح بمرور الضوء الأحمر وضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) لتمتصها الخلية السفلية ضيقة الفجوة. من المُتوقع أن يتغلب هذا المزيج على حد كفاءة تحويل الطاقة أحادية الوصلات (PCEs) للخلايا الشمسية السيليكونية (29.4٪). حاليًا، يتم في كاوست تطوير كلٍّ من الخلايا الشمسية من نوع البيروفسكايت ضيقة الفجوة وواسعة الفجوة بشكل مستقل، وتتوفر لهذه الأجهزة عمليات أساسية عالية الكفاءة. إننا وفي ضوء هذا المشروع نتناول التحدي المتمثل في كيفية دمج كلتا التقنيتين في خلايا شمسية ترادفية أحادية البنية من نوع بيروفسكايت/بيروفسكايت. فيما يلي النقاط المحددة التي يتعين الانتباه إليها: (1) تصنيع الخلايا الشمسية من نوع البيروفسكايت واسعة النطاق شبه الشفافة، الأمر الذب يتطلب ترسيب طبقات تلامس شفافة فوق أغشية البيروفسكايت. ولتحقيق هذا الغرض فإنه سيتم دراسة ودمج أكاسيد التوصيل الشفافة واسعة النطاق الطيفي (TCOs) وطبقات نقل الإلكترونات (ETLs) وطبقات نقل الثقوب (HTLs) في أجهزتنا، مع إيلاء اهتمام خاص لتوافق عمليات المعالجة بين جميع الطبقات. (2) استكشاف وصلات إعادة التركيب عالية الكفاءة ومرتفعة الشفافية. وهذا ما يُعد لازمًا لإعادة التركيب الفعال للثقوب والإلكترونات التي يتم استخراجها من الخلايا الفرعية الفردية. علاوةً على ذلك فإنه يتعين أن تكون وصلة إعادة التركيب عالية الشفافية؛ لاسيما في نطاق اللون الأحمر ونطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) وذلك للسماح بامتصاص هذا الجزء من الطيف الشمسي في الخلية الفرعية ضيقة الفجوة. (3) ترسيب الخلايا الفرعية ضيقة الفجوة. تُستكمل جميع أجهزة البيروفسكايت الترادفية عن طريق ترسيب الخلايا الفرعية ضيقة الفجوة فوق مكدسات البيروفسكايت واسعة الفجوة/وصلة إعادة التركيب. وبذلك فإنه من الضروري استكشاف تقنيات الترسيب بالمحاليل المتعامدة وذلك لتجنب إتلاف الخلية الفرعية السفلية واسعة الفجوة.
شهدت كفاءة تحويل الطاقة (PCE) في الخلايا الكهروضوئية العضوية تقدمًا سريعًا في السنوات الأخيرة، حيث تجاوزت القيم القياسية حاليًا النسب 17% و18% للخلايا العضوية متعددة وأحادية الوصلات على التوالي. وعلى الرغم من هذا التقدم الملحوظ فإنه ما تزال هناك العديد من التحديات العلمية والتقنية. وبدوره فإن هذا المشروع يهدف إلى التصدي لبعض هذه التحديات الرئيسية وتطوير الخلايا الأحادية عالية الكفاءة والخلايا الشمسية الترادفية العضوية/العضوية المتجانسة مع كفاءة تحويل الطاقة بنسبة أكبر من 20٪. يعتمد هذا العمل على جهودنا الأخيرة التي قد بذلناها في مجال تطوير أنظمة الوصلات غير المتجانسة السائبة المتقدمة، والمُشَوِّبات الجزيئية، ومواد الطبقات البينية الجديدة. ومن جانبها فإن دراساتنا الحديثة تشير إلى أن الخلايا الكهروضوئية العضوية أحادية الوصلة، التي تحتوي على توليفات مثالية من المواد، يمكن أن تحقق قيم كفاءة تتجاوز 20%، في حين أن هذا الحد الأعلى للكفاءة في الخلايا الترادفية يتجاوز 25%. ومن الجدير بالذكر أن تلك الجهود التجريبية سوف تدعمها الحسابات النظرية لتفاعلات المواد والبنية الضوئية للخلايا، بالإضافة إلى قياسات الطيف الزمني بالليزر، بهدف توضيح عمليات الفقد الرئيسية التي ينبغي الحد منها من أجل تحقيق الأداء الأمثل.
