تطوير خلايا بيروفسكايت شمسية جديدة بكفاءة قياسية عالمية (تقرير)
نوار صبح
طوّر فريق من العلماء من جامعة سنغافورة الوطنية (NUS) خلايا بيروفسكايت شمسية حققت كفاءة قياسية عالمية تبلغ 24.35% بمساحة نشطة تبلغ سنتيمترًا مربعًا واحدًا، ويمهد هذا الإنجاز الطريق لطاقة شمسية أرخص وأكثر كفاءة.
وتتميز الخلية الشمسية الترادفية ثلاثية الوصلات من البيروفسكايت/سيليكون، التي طورها هؤلاء العلماء، بقدرتها على تحقيق كفاءة تحويل طاقة قياسية عالمية معتمدة بنسبة 27.1% عبر منطقة امتصاص الطاقة الشمسية.
ويمثّل ذلك أفضل أداء للخلية الشمسية البيروفسكايت/سيليكون الترادفية ثلاثية الوصلات حتى الآن، وفق معلومات اطلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
ولتحقيق ذلك، صمّم الفريق خلايا بيروفسكايت شمسية جديدة متكاملة السيانات، تتميز بالثبات والكفاءة في استعمال الطاقة.
ويمكن تصنيع الخلايا الشمسية في أكثر من طبقتين وتجميعها، لتكوين خلايا متعددة الوصلات لزيادة الكفاءة، وتتكون كل طبقة من مواد كهروضوئية مختلفة وتمتص الطاقة الشمسية ضمن نطاق مختلف.
مشكلات تقنيات الخلايا الشمسية متعددة الوصلات الحالية
تطرح تقنيات الخلايا الشمسية متعددة الوصلات الحالية العديد من المشكلات، مثل فقدان الطاقة الذي يؤدي إلى انخفاض الجهد وعدم استقرار الجهاز في أثناء التشغيل، حسبما نشره موقع "تك إكسبلور" Tech Xplore المتخصص بتغطية التطورات في مجالات الهندسة والإلكترونيات والتكنولوجيا.
وللتغلب على هذه التحديات، قاد البروفيسور المساعد في جامعة سنغافورة الوطنية، هوو يي، فريقًا من العلماء لإثبات التكامل الناجح للسيانيت في البيروفسكايت في تطوير خلية شمسية ترادفية ثلاثية الوصلات من البيروفسكايت/سيليكون تتفوق في أداء الخلايا الشمسية المماثلة الأخرى متعددة الوصلات -لأول مرة-.
وقال الأستاذ المساعد، هوو يي: "من اللافت للنظر أنه بعد 15 عامًا من الأبحاث المستمرة في مجال الخلايا الشمسية القائمة على البيروفسكايت، يشكل هذا العمل أول دليل تجريبي لإدراج السيانات في البيروفسكايت لتعزيز استقرار هيكلها وتحسين كفاءة تحويل الطاقة".
تصنيع تقنيات الخلايا الشمسية الموفرة للطاقة
تحدد التفاعلات بين مكونات بنية البيروفسكايت نطاق الطاقة الذي يمكن أن يصل إليه، ويمكن أن يساعد ضبط نسبة هذه المكونات أو العثور على بديل مباشر في تعديل نطاق طاقة البيروفسكايت.
تجدر الإشارة إلى أن الأبحاث السابقة لم تنتج بعد وصفة للبيروفسكايت ذات نطاق طاقة واسع للغاية وكفاءة عالية، وفق معلومات جمعتها منصة الطاقة المتخصصة.
واستعمل زميل الأبحاث في فريق الأستاذ المساعد بجامعة سنغافورة الوطنية، هوو يي، الدكتور ليو شونشانغ، طرائق تحليلية مختلفة، لتأكيد التكامل الناجح للسيانات في بنية البيروفسكايت، وصنّع خلية شمسية بيروفسكايت متكاملة مع السيانات.
وقدم المزيد من التحليل للبنية الذرية للبيروفسكايت الجديد -لأول مرة- أدلة تجريبية على أن دمج السيانات ساعد في تثبيت بنيته وتشكيل تفاعلات رئيسة داخل البيروفسكايت، ما يوضح كيف أنه بديل عملي للهاليدات في الخلايا الشمسية القائمة على البيروفسكايت.
وعند تقييم الأداء، وجد علماء جامعة سنغافورة الوطنية أن خلايا البيروفسكايت الشمسية المدمجة مع السيانات يمكنها تحقيق جهد أعلى يبلغ 1.422 فولت مقارنة بـ1.357 فولت لخلايا البيروفسكايت الشمسية التقليدية، مع انخفاض كبير في فقدان الطاقة.
اختبر الباحثون خلية البيروفسكايت الشمسية المُصممة حديثًا من خلال تشغيلها بصورة مستمرة بأقصى طاقة لمدة 300 ساعة في ظل ظروف خاضعة للرقابة. بعد مدة الاختبار، ظلت الخلية الشمسية مستقرة وتعمل بأكثر من 96% من سعتها.
وجمع الباحثون خلية شمسية من البيروفسكايت وخلية شمسية من السيليكون، لإنشاء نصف خلية مزدوجة الوصلات، ما يوفر قاعدة مثالية لربط خلية البيروفسكايت الشمسية المدمجة مع السيانات، حسبما نشره موقع "تك إكسبلور" Tech Xplore.
وعند تجميعها، أثبت الباحثون أنه على الرغم من تعقيد بنية الخلية الشمسية الترادفية ثلاثية الوصلات من البيروفسكايت/سيليكون، فإنها ظلت مستقرة وحققت كفاءة قياسية عالمية معتمدة بنسبة 27.1% من "مختبر معايرة الخلايا الكهروضوئية" المستقل المعتمد في سنغافورة.
وقال الأستاذ المساعد، هوو يي: "بصورة جماعية، تقدم هذه التطورات رؤى رائدة في التخفيف من فقدان الطاقة في خلايا البيروفسكايت الشمسية، وتحدد مسارًا جديدًا لمزيد من التطوير لتكنولوجيا الطاقة الشمسية ثلاثية الوصلات القائمة على البيروفسكايت".
الخطوات التالية
تتجاوز الكفاءة النظرية للخلايا الشمسية الترادفية البيروفسكايت/سيليكون ثلاثية الوصلات 50%، ما يوفر إمكانات كبيرة لمزيد من التحسينات، خصوصًا في التطبيقات التي تكون فيها مساحة التركيب محدودة.
ومن الآن فصاعدًا، يهدف فريق جامعة سنغافورة الوطنية إلى رفع مستوى هذه التكنولوجيا إلى وحدات أكبر دون المساس بالكفاءة والاستقرار.
وسوف تركز الأبحاث المستقبلية على الابتكارات في الواجهات البينية وتكوين البيروفسكايت، وهي المجالات الرئيسة التي حددها الفريق لمواصلة تطوير هذه التكنولوجيا.
اقرأ أيضًا..
- أنس الحجي: ثورة الصخري الأميركية لم تنتشر عالميًا لأسباب قانونية.. وتمويلية
- منصة حفر عمرها 42 عامًا تعمل في خليج السويس بمصر
- تعليق صادرات الغاز المسال الأميركية.. كيف يهدد أمن الطاقة الأوروبي؟ (تقرير)
