كفاءة الخلايا الشمسية قد تقفز الى50٪

كأخصائيين منعرف إنو كفاءة الألواح الشمسية منخفضة عادة ونادراً ما تجاوزت الـ 35 بالمية.

بس هلأ مع هالتقنية الجديدة في بوادر أمل أنو نزيد هالرقم ويوصل للـ 50 بالمية.

بغض النظر عن مدى انخفاض سعر النفط ولكن الأدلة تتزايد حول استثمار الطاقة الشمسية بشكل أكبر، وذلك بسبب كون كفاءة الخلايا الشمسية في ازدياد مستمر، في حين أن تكلفة المواد في هبوط مستمر، وهذا ما توضحه الدراسة الجديدة التي نشرتها مؤخرا جامعة ستانفورد.

حيث كان فريق البحث قادراً على رفع كفاءة الخلايا الشمسية منخفضة السيليكون من خلال تطبيق مادة أخرى رخيصة نسبياً على السطح.

وتلك النتائج من شأنها أن تكون بروفيسكيت المواد البلورية، التي تشكل طبقة بسيطة وغير مكلفة عند تجميعها.وقد تمكن فريق بحث في كوريا الجنوبية من الحصول على كفاءة خلية بيروفسكيت شمسية جديدة استطاع بها تسجيل رقم قياسي جديد، لذلك دعونا نلقي نظرة على ما حققه فريق ستانفورد.

يظهر في الصورة 1 مقطعاً عرضياً للخلية الشمسية جنباً إلى جنب مع مادتين فوتوفولطيتين (مواد تحول الضوء لكهرباء)، وهما مادة بروفيسكيت ومادة ثنائي سيلينيد الغاليوم الإنديوم النحاسي (كولن بيلي، جامعة ستانفورد).

كفاءة الخلية الشمسية ومشلكة بروفيسكيت:

على الرغم من أن المواد الموجودة في صنف بيروفيسكيت غير دائمة ولا سيما (أنها تذوب في الماء)، ولكن إمكانيتها جذبت الباحثين نحو عدد من التطبيقات التكنولوجية النظيفة، بما في ذلك البطاريات وكذلك الخلايا الشمسية.

إن الشيء الوحيد الذي يجذب الباحثين هو قدرة خلايا بروفيسكيت الشمسية على امتصاص الجزء المرئي من الطيف الضوئي. وهذه الخاصية لها إيجابياتها وسلبياتها، ولكن أجمع الكثيرون أن خلايا بروفيسكيت الشمسية تستطيع أن تحصل على أكبر قيمة من فوتون الضوء المرئي (وهذا مقارنة مع خلايا السليكون الشمسية، التي تحصد الطاقة من ضوء الأشعة تحت الحمراء وكذلك الضوء المرئي).

العلماء اليوم، غير مستعدين للتخلي عن الغرافين كمادة متناهية في الصغر في الألفية الجديدة حتى الآن، ولكن تقنية البيروفيسكيت تقترب من اللحاق بركب تكنولوجيا النانو. و وفقاً لجامعة ستانفورد، فقد تم تقديم خلية بيروفيسكيت الشمسية قبل عد سنوات فقط وتحديداً في العام 2009. حتى تراوحت كفاءة الخلية خلال المحاولات الأولى في حدود 4%، لتقفز بعدها نتيجة التجارب المتواصلة إلى 20%، وكان التحدي هو ترجمة النتائج التي تم الحصول عليها في المخبر إلى شيء يمكنه الصمود أمام الظروف الجوية العالمية الحقيقية.

قرر فريق البحث، الذي يرأسه طالب الدراسات العليا "كولن بيلي" معالجة هذه المشكلة بطريقة من شأنها أن تساعد على الحفاظ على أخفض تكلفة لإنتاج الطاقة الشمسية. وهذا هو السبب في أن خلايا بيروفيسكيت الشمسية الجديدة مبنية على أساس خلية السيليكون التقليدية. و استراتيجيتها كما وصفها بيلي هي:

(هدفنا هو الإستفادة من مصانع السيليكون الفعلية الموجودة في جميع أنحاء العالم. فبوجود الخلايا الشمسية متراصة جنباً إلى جنب، فإننا بذلك لن نحتاج لإنفاق رأسمال كبير يعادل المليار دولار لبناء مصنع جديد. بدلاً من ذلك، يمكن لنا أن نبدأ مع وحدة السيليكون وإضافة طبقة بيروفيسكيت بتكلفة منخفضة نسبياً).

العقبة الكبيرة التي واجهت الفريق هي معرفة كيفية السماح لبعض الفوتونات بالمرور من خلال طبقة بيروفيسكيت حتى يتمكنوا من الوصول إلى قاعدة السليكون. كان الحل بوضع قطب كهربائي شفاف على رأس الخلية، فيما يبدو أنه خطوة أولى من نوعها نحو الحصول على أول قطبي خلية بيروفيسكيت شمسية.

وهذه الخطوة أدت إلى مشكلة جديدة، وهي معرفة كيفية الطريقة التي بها الحصول على الجهد الكهربائي للخلية الشمسية المزودة بالبيروفيسكيت دون إلحاق الضرر بها.

وكان الحل القيام لذلك يدوياً باستخدام تقنية مشابهة للوشم المؤقت حيث استخدم الفريق ورقة من البلاستيك مدمجة بأسلاك فضية متناهية في الصغر، و تم فركها على خلية بيروفيسكيت بمساعدة أداة ضغط.

وبالنتيجة: طبقة البيروفيسكيت الجديدة عززت كفاءة الخلايا الشمسية المنخفضة الكفاءة من 11.4 في المئة إلى 17 في المئة، وهذا يعتبر أمراً جيداً جداً على اعتبار أن خلية البيروفيسكيت تملك لوحدها فقط كفاءة تصل إلى 12.7 في المئة.

رغم كل تلك النتائج المبهرة، لا يزال هناك مشكلة صغيرة تسبب الإزعاج وهي تحلل مادة البيروفيسكيت عند تعرضها للماء، كما أنها لا تصمد بشكل جيد عندما تتعرض مباشرة للضوء على الرغم من أن الفريق يتطلع إلى الحصول على خلايا بيروفيسكيت متراصة جنباً إلى جنب بكفاءة تصل إلى 30 في المئة في غضون السنوات العشر المقبلة أو نحو ذلك، لكننا قد ننتظر لمدة ليست بالقصيرة قبل أن نرى هذه الخلايا متراصة جنب بعضها في حديقة جارنا.

المصدر: هنا