خلايا البيروفسكايت الشمسية تشهد تقنية جديدة أكثر أمانًا

محمد عبد السند

2024-01-09

0 1٬372

ترسم خلايا البيروفسكايت الشمسية مستقبلًا جديدًا في مسار توليد الكهرباء النظيفة التي تُعد الرقم الصعب في معادلة الحياد الكربوني وتحقيق أمن الطاقة للدول.

وجذبت خلايا البيروفسكايت أنظار العلماء والمتخصصين، بفضل أدائها المعزز بسبب التغيير والتبديل في تكوين كل من البلورات والخلايا الشمسية المصنوعة منها.

أما عن مصطلح "البيروفسكايت" فهو يشير، بوجه عام، إلى البنية البلورية لمعدن موجود بصورة طبيعية، لكن البيروفسكايت المستعمل في الخلايا الشمسية هو بلورات اصطناعية تحاكي هذه البنية، ويمكن تصنيعها من مواد عديدة، وفق معلومات جمعتها منصة الطاقة المتخصصة.

ورغم أن خلايا البيروفسكايت الشمسية تقدم وعودًا هائلة بتحقيق أعلى معايير الكفاءة والتكاليف المنخفضة، فإن الإصدارات السائدة تستعمل تركيبة تحتوي على الرصاص السام الذي يشكّل خطورة على الصحة والبيئة، وهو ما يشكل تحديًا صعبًا في سبيل استعمال تلك المادة في الألواح الشمسية.

حل ابتكاري

يبدو أن التحدي المذكور سيصير شيئًا من الماضي على أيدي مجموعة من الباحثين في المركز الدولي للأبحاث المتقدمة في تعدين المساحيق والمواد الجديدة، ومقره حيدر آباد جنوب الهند، وهو معهد مستقل تابع لوزارة العلوم والتكنولوجيا في الهند، بعد أن نجحوا في تطوير مادة قد تنهي معها الحاجة إلى استعمال الرصاص السام في خلايا البيروفسكايت الشمسية، وفق ما أورده موقع صحيفة إيكونوميك تايمز الهندية.

فقد ابتكر هؤلاء الباحثون الهنود مادة جديدة لها القدرة على التقاط الطاقة الشمسية التي تستبدل المغنيسيوم الأخضر بالرصاص السام، ما يمثّل إنجازًا مهمًا لألواح البيروفسكايت الشمسية المستدامة وبأسعار معقولة.

آلية التقنية

طوّر فريق البحث مادة بيروفسكايت جديدة تنتمي إلى فئة الهاليدات العضوية، إذ استبدلوا المغنيسيوم الوفير غير السام بنصف كمية الرصاص الموجودة في خلايا البيروفسكايت الشمسية مع الحفاظ على الكفاءة، ما يمثّل خطوة مهمة نحو توليد طاقة شمسية أكثر أمانًا.

وتشير الهاليدات إلى مركبات هيدروكربونية تحتوي على ذرة هالوجين واحدة أو أكثر، وهي مشتقة من الألكانات أو من المركبات الأروماتية.

وركز الباحثون على استكشاف طرق للتغلب على المخاطر البيئية والصحية التي تفرضها عملية استعمال الرصاص في الأجهزة الإلكترونية البصرية، وفق تقرير اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

وحقق الباحثون هدفهم المنشود عبر استعمال المغنيسيوم في مادة البيروفسكايت، ليصنعوا بديلًا غير سام للتطبيقات القائمة على الطاقة الشمسية.

وجرى تصنيع الكاشف الضوئي، المعتمد على المركب MAPbxMg1-xCl2I، عبر استعمال طريقة مضادة للمذيبات من خطوة واحدة.

وقادت تلك العملية إلى ظهور تصميم جديد من خلايا البيروفسكايت الشمسية رباعية الزوايا التي تتمتع بالخصائص الإلكترونية الضوئية اللازمة لتحويل الطاقة الشمسية بكفاءة إلى كهرباء نظيفة.

تصميم جديد

في انحراف عن بنية الأجهزة التقليدية التي تستلزم كاثودات معدنية مرتفعة التكلفة مثل الذهب، تستعمل التقنية التي استحدثها فريق البحث في المركز الدولي للأبحاث المتقدمة، بنية بسيطة تتسم بالقوة والفاعلية من حيث التكلفة

وأظهر هذا التكوين الجديد للكاشف الضوئي أداءً متميزًا ودرجة استجابة واكتشاف عاليتين، وفق تقرير طالعته منصة الطاقة المتخصصة.

يُشار إلى أن عملية التطوير الناجحة لخلايا البيروفسكايت الشمسيية الخالية من الرصاص، لا تُنهي المخاوف البيئية الكبيرة فحسب، وإنما توفر كذلك بديلًا قويًا للمواد الحالية المستعملة في صناعة الطاقة الشمسية.

ويتسق هذا التقدم مع التحول العالمي المتنامي بسرعة نحو مصادر الطاقة المتجددة والتقنيات النظيفة المستدامة، اتساقًا مع الأهداف المناخية.

مزايا خلايا البيروفسكايت

حظيت خلايا البيروفسكايت بإجماع خبراء الصناعة بوصفها نوعًا جديدًا من الجيل الثالث للألواح الشمسية، إذ إنها تدمج جميع مزايا الخلايا الكهروضوئية، لا سيما التصميم المكدس "البيروفسكايت والسيليكون البلوري"، الذي من شأنه أن يعزز من تحسين كفاءة التحويل الكهروضوئي.

كما تكون عملية تحضير خلايا البيروفسكايت أقصر من حيث المدة الزمنية، علاوة على أنها تستهلك طاقة أقل قياسًا بعمليات خلايا السيليكون البلورية التقليدية، ما يوفر مزايا من حيث التكلفة.

ولا تحتاج عملية إعداد وحدات البيروفسكايت برمتها سوى درجة حرارة عملية لا تتجاوز 150 درجة مئوية، مع استهلاك كهرباء تماثل عُشر نظيرتها المستعملة في وحدات السيليكون البلورية.

إلى ذلك تتصف الوحدات الكهروضوئية المصنوعة من البيروفسكايت بخصائص أخرى مثل الوزن الخفيف والسُّمك المنخفض والمرونة والشفافية.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..