توصل علماء أميركيون إلى ابتكار خلايا شمسية خالية من السيليكون، من شأنها أن تقلل من التكاليف وتوفّر عمرًا أطول، في إطار السعي المستمر لتحسين كفاءة عملية تصنيع الألواح الشمسية، بحسب بيان صحفي حصلت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
يأتي هذا في الوقت الذي أصبحت فيه الطاقة الشمسية -بسرعة- واحدة من أهم مصادر توليد الكهرباء في الولايات المتحدة، إذ يستعملها 7% من الأميركيين لتشغيل منازلهم.
بدورها، تتكوّن الألواح الشمسية من العديد من الخلايا الشمسية، المصنوعة عادةً من السيليكون، الذي يتطلب إنتاجه ومعالجته الكثير من الكهرباء؛ ما يجعل إنشاء مرافق تصنيع جديدة مكلفًا.
وبسبب ذلك أدرك العلماء في الولايات المتحدة الحاجة إلى ابتكار مادة جديدة أقلّ تكلفة لتعزيز إنتاج الخلايا الشمسية محليًا.
خلايا شمسية غير فاعلة
توصّل فريق من الباحثين من كلية علوم وهندسة المواد في معهد جورجيا للتكنولوجيا إلى حل للمشكلات التي تعوق نشر الخلايا الشمسية، وفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
فقد أمضى الباحثون -بقيادة الأستاذ المشارك خوان بابلو كوريا باينا- سنوات في استكشاف بلورات البيروفسكايت، بوصفها بديلًا للسيليكون.
وتتكون مادة البيروفسكايت من ذرات اليود والرصاص والعناصر العضوية، وهي بديل واعد وفاعل؛ إذ تقدم أداءً يضاهي أداء السيليكون.
وقال كوريا باينا، في بيان صادر عن معهد جورجيا للتكنولوجيا: "نحن نطوّر تقنيات يمكننا إنتاجها بسهولة دون إنفاق الكثير من المال على معدات باهظة الثمن".
ومع ذلك، فإن أحد العيوب الرئيسة لمادة البيروفسكايت هو عمرها الافتراضي المحدود، إذ لا يدوم سوى نحو 5% من عمر خلية السيليكون.
وتبدأ خلايا البيروفسكايت في التدهور بعد عام واحد فقط من الاستعمال مقارنةً بخلايا السيليكون التي تدوم لمدة 20 عامًا.
وتُعد مادة البيروفسكايت حساسة بشكل خاص لدرجات الحرارة المرتفعة في الصيف، ويُمكن أن تتحلل قبل توفير وفورات كبيرة في الطاقة.
تثبيت خلايا البيروفسكايت الشمسية
لمعالجة هذا الأمر، طوّر مختبر كوريا باينا تقنية جديدة لتثبيت خلايا البيروفسكايت الشمسية، التي بُنيَت على نحو مماثل للبطاريات.
تحتوي خلايا البيروفسكايت الشمسية التي بناها كوريا باينا وفريقه على قطب موجب وقطب سالب، مع وضع طبقة البيروفسكايت بينهما.
وقبل إضافة القطب الموجب في الأعلى، عرّض الباحثون البيروفسكايت لغاز التيتانيوم في فراغ خفيف، خلال عملية تدمج التيتانيوم في الطبقة العليا من الخلية الشمسية؛ وهي تقنية تخضع حاليًا لمراجعة براءة الاختراع.
ووفقًا لكوريا باينا، نجح الفريق في جعل إحدى الطبقات التي تسبّب مشكلات طول العمر أكثر قوة ومرونة في درجات الحرارة المرتفعة.
ووجد العلماء أنه يمكنهم منع عملية التدهور من خلال إدخال التيتانيوم؛ ما يسمح باختبار الخلية الشمسية على الأسطح أو في بيئات أخرى.
ومن خلال تحسين متانة وكفاءة خلايا البيروفسكايت، تعمل تقنية تثبيت كوريا باينا على إزالة عائق كبير أمام استعمالها؛ ما يمهّد الطريق لتقنيات الطاقة الشمسية الأكثر فاعلية من حيث التكلفة والاستدامة في مختلف القطاعات.
وبالتالي، فإن الانتقال من السيليكون إلى بلورات البيروفسكايت في إنتاج الخلايا الشمسية يُمكن أن يحوّل صناعة الطاقة الشمسية إلى اتجاه جديد في نهاية المطاف.
وتعالج تقنية التثبيت المبتكرة المشكلة الرئيسة لخلايا البيروفسكايت، ما يعزّز متانتها ويجعلها أكثر ملاءمة للاستعمال طويل الأمد، بحسب ما نقلته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).
وعلاوةً على ذلك، يعزّز هذا التقدم إنتاج الخلايا الشمسية المحلية، ويدعم الهدف الأوسع المتمثل في تسريع تبنّي الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة.
ويوضح الفيديو التالي -الذي نشره معهد جورجيا للتكنولوجيا- تفاصيل تطوير خلايا البيروفسكايت الشمسية الخالية من السيليكون:
" title="YouTube video player" frameborder="0">
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصادر:
- تطوير خلايا شمسية خالية من السيليكون من الموقع الرسمي لمعهد جورجيا للتكنولوجيا.
- معلومات إضافية عن خلايا البيروفسكايت الشمسية من منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ".
){kind=link}