خلايا البيروفسكايت.. تقنية رخيصة قد تحدث ثورة في صناعة الطاقة الشمسية

في مصنعها الواقع على مشارف مدينة براندنبورغ آن دير هافيل في ألمانيا، تنتج شركة "أوكسفورد بي فيOxford PV " البريطانية خلايا البيروفسكايت الشمسية، وهي مواد كهروضوئية وفيرة رخيصة الثمن، ولاقت استحسانًا لدى بعض المحللين بصقتها تمثّل مستقبل الطاقة الخضراء.

وتُعدّ "أوكسفورد بي في" واحدة من أكثر من 12 شركة تراهن على أن الخلايا الشمسية من استعمال البيروفسكايت تستعد لدعم التحول العالمي إلى الطاقة المتجددة لأقصى الحدود.

وعلى الرغم من أنه يوجد، حاليًا، عدد قليل من المنتجات الكهروضوئية المتخصصة القائمة على خلايا البيروفسكايت في السوق، فإن الإعلانات هذا العام تشير إلى أن الكثير منها من المقرر أن ينضم إليها، وفق المعلومات التي رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.

ويقول كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، كريس كيس، إن المستعملين النهائيين سيجدون خلايا البيروفسكايت المصنوعة من شركة أكسفورد الكهروضوئية في منتصف العام المقبل، حسبما نشرته مجلة نيتشر العلمية الأسبوعية البريطانية (nature).

وفي شهر مايو/أيار الماضي، أفادت شركة تصنيع الخلايا الكهروضوئية الكبيرة للسيليكون، هانوا كيوسيلز، ومقرّها في مدينة سيول بكوريا الجنوبية، إنها تخطط لاستثمار 100 مليون دولار أميركي في خط إنتاج تجريبي يمكن أن يكون جاهزًا للعمل بحلول نهاية عام 2024.

ويُعدّ السيليكون المادة الأساسية داخل 95% من الألواح الشمسية، وبدلًا من استبداله، تستغله شركتا أوكسفورد بي في وكيوسيلز وغيرهما، إذ تضع طبقات البيروفسكايت على السيليكون لإنشاء ما يسمى بالخلايا الشمسية الترادفية.

ونظرًا لأن كل مادة تمتص الطاقة من أطوال موجية مختلفة من ضوء الشمس، فمن المحتمل أن توفر الخلايا الترادفية كهرباء أكبر بنسبة 20% على الأقل من خلية السيليكون وحدها، ويتوقع بعض العلماء مكاسب أكبر بكثير.

• رفع كفاءة الخلايا الشمسية الترادفية.. فريق سعودي يحقق إنجازًا غير مسبوق

ويقول مؤيدو خلايا البيروفسكايت، إن هذه الكهرباء الإضافية يمكن أن تعوض التكاليف الإضافية للخلايا الترادفية، خصوصًا في المناطق الحضرية المزدحمة أو المواقع الصناعية، حيث يكون المكان مرتفعًا.

ويقول كيس: "إن أكبر طلب أولي لدينا هو من المرافق، لأنها ببساطة ليس لديها ما يكفي من الأراضي المتاحة".

ومع اقتراب خلايا البيروفسكايت والسيليكون الترادفية من دخول السوق، أشارت عناوين الصحف إلى أنها مادة معجزة "ثورية" على وشك تغيير العالم.

تحديان رئيسان

يرى المحللون أن الصناعة تواجه تحدّيين رئيسين على الأقل في معركتها، لإجراء تغيير في سوق الطاقة الشمسية.

أولًا، تُظهر الأبحاث المنشورة أن أداء خلايا البيروفسكايت يتراجع بسرعة أكبر بكثير من السيليكون، عندما تتعرض للرطوبة والحرارة وحتى الضوء.

وتفيد شركة أوكسفورد بي في البريطانية إنها أجرت بحثًا خاصًا للتغلب على هذه المشكلة، وفقًا لما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

وقال مدير البحث والتطوير في شركة كيوسيلز للرقائق والخلايا، فابيان فيرتيغ، الذي يقود تطوير الشركة لخلايا البيروفسكايت والسيليكون الترادفية: "بالنسبة للتصنيع التجاري، أرى أن الاستقرار يُعدّ التحدي الرئيس الذي ما يزال قائمًا".

ثانيًا، يرى بعض المحللين أن البيروفسكايت -على الأقل في المدى القصير- لا علاقة له إلى حدّ كبير بنمو الطاقة الشمسية، حسبما نشرته مجلة نيتشر العلمية الأسبوعية البريطانية (nature).

تجدر الإشارة إلى أن وحدات السيليكون أصبحت رخيصة الثمن وفعالة بشكل استثنائي على مدى العقد الماضي، وتواصل الشركات في الصين توسيع قدرتها التصنيعية بمعدل ملحوظ.

في عام 2022، كان لدى العالم نحو 1.2 تيراواط من قدرة التوليد من الطاقة الشمسية، التي بدورها وفرت نحو 5% من توليد الكهرباء العالمي.

• خلايا البيروفسكايت الشمسية تتفوق على السيليكون.. ابتكار صيني جديد

ويشير إستراتيجيو الطاقة إلى أن العالم سيحتاج إلى 75 تيراواط بحلول عام 2050 لتحقيق الأهداف المناخية، ويتطلب هذا ازدياد التركيبات إلى أكثر من 3 تيراواط سنويًا بحلول منتصف عام 20301، وسط توقعات بأن تحقق صناعة السيليكون الكهروضوئية ذلك، ما يجعلها واحدة من مجالات التكنولوجيا الخضراء النادرة التي تسير على الطريق الصحيح.

وتقول محللة الطاقة الشمسية في شركة بلومبرغنيو إنرجي فايننس الاستشارية، ومقرّها في زيورخ بسويسرا، جيني تشيس: "إن التكنولوجيا التي لدينا هي بالتأكيد جيدة بما يكفي لتوليد أكبر قدر ممكن من الكهرباء الشمسية التي يمكننا استعمالها في جميع أنحاء العالم".

لذلك، فإن خلايا البيروفسكايت على وشك مواجهة أكبر اختبار لها في سوق الطاقة الكهروضوئية المشهورة بالتنافسية.

تحسين الأداء

حافظت خلايا البيروفسكايت على قدر كبير من الاهتمام بفضل التحسينات الملحوظة في أدائها، التي تحققت من خلال التغيير والتبديل في تكوين كل من البلورات والخلايا الشمسية المصنوعة منها.

ويصف مصطلح "البيروفسكايت" البنية البلورية لمعدن موجود بشكل طبيعي، ويمثّل البيروفسكايت المستعمل في الخلايا الشمسية بلورات اصطناعية تحاكي هذه البنية، ويمكن تصنيعها من العديد من المواد.

وفي عام 2009، قامت خلية مصنوعة من مادة بيروفسكايت بسيطة، تسمى يوديد الرصاص ميثيل الأمونيوم، بتحويل 3.8% فقط من طاقة ضوء الشمس إلى كهرباء.

ويبلغ سجل الكفاءة لخلية مصنوعة فقط من مواد البيروفسكايت 26.1%، وهذا أقل بجزء من نقطة مئوية فقط من خلية السيليكون الرائدة.

من جهة ثانية، تتطلب خلايا البيروفسكايت طبقات رقيقة جدًا ممتصة للضوء، وعادة ما تكون المواد المستعملة منخفضة التكلفة ووفيرة، وهذا يقود المدافعين إلى القول بأنه إذا آُنتِجَت خلايا البيروفسكايت على نطاق خلايا السيليكون، فسيكون لها بصمة كربونية أقل.

اقرأ أيضًا..

• إشارات من السعودية وروسيا ترفع أسعار النفط.. ماذا حدث في 24 ساعة؟
• استكشاف النفط والغاز في أفريقيا خلال 2024.. طفرة بقيادة مصر والجزائر
  
• 6 وزراء ومسؤولين يكتبون لـ"الطاقة" بمناسبة قمة المناخ (ملف خاص)