يمكن للمواد الذكية أن تنقل البشرية إلى عصر الطاقة المتجددة، وبالتالي إلى عالم مكتفي ذاتيا. وما هو أذكى من المواد التي تصلح نفسها؟ وقد أظهر علماء معهد وايزمان أن ما يسمى بالمواد البيروفسكايت هاليد - الوعد العظيم في مجال الطاقة الشمسية - فهم يعرفون، وليس أقل من ذلك، كيفية شفاء أنفسهم. النتائج التي تم نشرها مؤخرا في المجلة العلمية المواد المتقدمة، قد لا يشجع الاستخدام التجاري للبيروفسكايت الهاليدية فحسب، بل يساعد أيضًا في تحديد المواد الإضافية التي تشفي نفسها، ويمكن استخدامها لتصنيع أجهزة إلكترونية مختلفة.
لقد ناضل العلماء حتى الآن لفهم الأداء الاستثنائي للبيروفسكايت هاليد، وهي أشباه الموصلات الناعمة التي يمكن إنتاجها بسهولة في درجة حرارة الغرفة عن طريق خلط وتجفيف محلولين ملحيين. عملية الإنتاج بسيطة وسريعة للغاية ومن المتوقع أيضًا أن تؤدي إلى العديد من العيوب. ومع ذلك، فإن البيروفسكايت الهاليد يحول الطاقة الشمسية إلى كهرباء بكفاءة عالية، كما لو أنها خالية من العيوب. أحد التفسيرات المحتملة لهذه الظاهرة هو أن المادة تعرف كيفية إصلاح العيوب بنفسها.
تم اكتشاف الشفاء الذاتي في مجموعة من المواد الشمسية من الجيل السابق منذ حوالي عقدين من الزمن على يد البروفيسور د. ديفيد كان من قسم المواد والأسطح مع ليئور كرونيك، ثم باحث ما بعد الدكتوراه، والآن أستاذ ورئيس نفس القسم، وزملاء آخرون. أدى هذا الاكتشاف إلى افتراض أن الخاصية موجودة أيضًا في مواد أخرى. يوضح البروفيسور كان: "عندما حاولنا تفسير الكفاءة العالية للبيروفسكايت الهاليد، عدنا إلى هذه الفرضية وافترضنا أنه أثناء إنشاء المادة وبعد ذلك، تستمر في إصلاح العيوب الموجودة فيها".
â € <>> توثيق سريع يوضح أن الخلل (البقعة المظلمة) داخل بلورة الهاليد البيروفسكايت النانوية اختفى بعد أن شفيت المادة نفسها
وبعد ذلك، قام العلماء بإضاءة البلورة - التي ينبعث منها الضوء بعد امتصاص الضوء - وتتبعوا العيوب التي نشأت فيها بمساعدة كاشف بصري حساس بشكل خاص. ينبعث الضوء من البلورة كما هو معتاد في هذه المادة، باستثناء المنطقة المتضررة التي ظلت أغمق. لكن بعد فترة – عدة دقائق إلى عدة ساعات – اختفت البقعة المظلمة، وعادت البلورة بأكملها إلى النور. وقام العلماء بفحص البلورة تحت المجهر الإلكتروني واكتشفوا أن تركيبها مطابق لحالتها الأصلية.
"من الممكن أن تقوم الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت الهاليد بشفاء نفسها عندما يحل الظلام، وبالتالي إصلاح الأضرار التي لحقت بها خلال النهار"
من المثير للدهشة أنه حتى عندما تم إنشاء العيوب باستخدام الضوء الأزرق بكثافة أكبر بمئات المرات من ضوء الشمس، وتم تدمير منطقة كاملة داخل البلورة، ظلت المادة تلتئم من تلقاء نفسها - وهذه المرة بمساعدة تكوين طبقة جديدة من البلورات الدقيقة بدلاً من منطقة البلورة الواحدة التي تم تدميرها. وافترض العلماء أن أشعة الليزر تسببت في تحلل بعض المادة التالفة إلى مكوناتها، التي تفاعلت مع بعضها البعض لتشكل المادة الأصلية. أي أنها حدثت في مجال إعادة التدوير، أو الشفاء الذاتي. وقد دعمت التجارب الكيميائية المعملية هذا التفسير.
يوضح البروفيسور خان: "تتشكل بلورات البيروفسكايت الهاليدية من خلال روابط ذرية ضعيفة نسبيًا، لذلك من السهل تفكيكها، ولكن من السهل نسبيًا أيضًا استعادتها".
قد يكون الشفاء الذاتي مفيدًا بشكل خاص في الخلايا الشمسية، التي تبلى تدريجيًا مع الاستخدام. "من الممكن أن الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت هاليد سوف تشفى نفسها عندما يحل الظلام، وبالتالي إصلاح الأضرار التي لحقت بها خلال النهار"، يقترح البروفيسور كان. قد تساعد نتائج البحث في جعل هذه المواد الواعدة أكثر متانة لإنتاج الخلايا الشمسية أو المكونات الأساسية في الأجهزة البصرية والإلكترونية. والأمر الذي لا يقل أهمية هو أن النتائج قد تعزز البحث عن مواد إضافية تشفي نفسها لإنتاج الطاقة المستدامة ولاستخدامات أخرى.
كما ضمت المجموعة البحثية البروفيسور. مايكل ألبوم من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية وأ.د. دان أورونومن قسم فيزياء الأنظمة المعقدة الطالبان الباحثان يفغيني راكيتا ورون تانا وعالم الكلية الدكتور فياتشيسلاف كالشينكو، بالإضافة إلى العلماء من جامعة ميلانو في إيطاليا: لورينز كارمونزي والبروفيسور ماركو بوتينزا.
#أرقام_علمية
تنتج الخلية الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت الهاليد حوالي 1017 إلكترونات في الثانية لكل سنتيمتر مربع موجهة إلى الشمس (20 مللي أمبير). وعلى سبيل المقارنة، يحتاج جهاز iPhone إلى تيار كهربائي أقوى 50 مرة (1 أمبير) أثناء الشحن.
للمزيد حول هذا الموضوع على موقع العلوم:
