طاقة متجددة تقارير الطاقة المتجددة رئيسية

خبير: مزايا خلايا البيروفسكايت تؤهلها للتفوق على السيليكون

داليا الهمشري

2024-06-13

0 567

خلايا البيروفسكايت تتميز بسمات تؤهلها للتفوق على خلايا السيليكون الكهروضوئية

يراهن عدد من الخبراء والباحثين على قدرة خلايا البيروفسكايت في قيادة مستقبل الطاقة الشمسية مستقبلًا؛ نظرًا لارتفاع كفاءتها، وانخفاض تكلفة المواد المُستعمَلة في تصنيعها.

وتتألف خلايا البيروفسكايت الشمسية الكهروضوئية من عدّة طبقات، وتكون الطبقة الماصة للضوء من مادة البيروفسكايت، وهي عبارة عن مركّب معدني يحتوي على الأكسجين والكالسيوم والتيتانيوم.

وتتجاوز كفاءة خلايا البيروفسكايت -حاليًا- 25% وسط جهود مكثفة من العلماء لتطويرها لتتجاوز الخلايا الشمسية الكهروضوئية المصنوعة من مادة السيليكون.

وتمتاز بسهولة تصنيعها بأقل تكلفة ممكنة بالمقارنة بنظيرتها من السيليكون، إذ يتطلب الحصول على السيليكون استخراجه من الأرض، وإخضاعه لعمليات معالجة معقّدة تتطلب حرارة مرتفعة قبل استعماله في بناء الخلايا الكهروضوئية.

المتخصص في الطاقة الشمسية المهندس ناصر صبر

تحقيق الجدوى الاقتصادية

قال المتخصص في الطاقة الشمسية، المهندس ناصر صبر، إن الخلايا الشمسية المُصنّعة من السيليكون تستحوذ على نحو 95% من الخلايا الكهروضوئية المتوافرة في الأسواق.

وأضاف -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- أن خلايا السيليكون قد حققت انتشارًا واسعًا خلال العقدين الأخيرين، نتيجة لنضجها تجاريًا، وانخفاض سعرها المستمر، بعد أن أثبتت جدواها الاقتصادية، وطول عمرها الافتراضي، وقدرتها على الإنتاج في ظروف بيئية صعبة وقاسية دون تراجع الأداء لأعوام طويلة.

وتابع أن كفاءة الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون قد وصلت -حاليًا- إلى 24.1%.

واستطرد قائلًا، إنه على الرغم من استمرار جهود الشركات في البحث والتطوير للوصول إلى كفاءة أعلى لخلايا السيليكون، فإن هناك حدًا معينًا لا يمكنها تجاوزه لأسباب فيزيائية، يسمى "بأقصى كفاءة نظرية"، وتُقدَّر بـ 29%.

كفاءة عالية

أوضح المهندس ناصر صبر أن كفاءة الخلية الكهروضوئية تعني قدرتها على تحويل الضوء الساقط عليها إلى طاقة كهربائية، إذ يُسقط على سطح الأرض عند الظروف المعيارية طاقة ضوئية تساوي 1000 واط لكل متر مربع.

ولفت إلى أنه نتيجة لاقتراب خلايا السيليكون من الوصول إلى أقصى كفاءة نظرية، فإن الأبحاث تتجه إلى تطوير خلايا بإمكانها تحقيق كفاءة أعلى بتكلفة تصنيع أقل من مواد شبه موصلة، بخلاف مادة السيليكون.

وتوقّع صبر أن تقود خلايا البيروفسكايت الكهروضوئية المنافسة، وتتربع على عرش الخلايا الشمسية في الأسواق التجارية مستقبلًا؛ نتيجة لكفاءتها العالية، مؤكدًا أن هذه الخلايا قد شهدت تطورًا كبيرًا على صعيد الكفاءة خلال مدة قصيرة للغاية، مقارنة بخلايا السيليكون.

وأشار إلى أن خلايا البيروفسكايت قد ارتفعت كفاءتها من 3% في عام 2009 إلى أكثر من 25% حاليًا، في حين وصلت كفاءة خلايا السيليكون -اليوم- إلى ما دون 25%، على الرغم من وجودها تجاريًا في الأسواق منذ خمسينيات القرن الماضي.

أحد الباحثين مطوري خلايا البيروفسكايت الشمسية - الصورة من موقع "SCMP"

سهولة التصنيع

يرى المهندس ناصر صبر -في تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن خلايا البيروفسكايت تتميز بسهولة تصنيعها في درجات حرارة منخفضة مقارنة بخلايا السيليكون التي تتطلب درجة حرارة تتجاوز 800 درجة مئوية؛ ما يجعلها تتطلب توفير قدر كبير من الطاقة للتصنيع، ما ينعكس على سعرها.

وأضاف أن خلايا البيروفسكايت تتّسم -كذلك- بخفّة الوزن والشفافية والمرونة؛ ما يجعلها ملائمة لكثير من الاستعمالات والتطبيقات التي من الممكن أن تشكّل طفرة في استعمال العالم للخلايا الشمسية، وتوظيفها في الحصول على الكهرباء.

وأرجع نصر ارتفاع كفاءة هذا النوع من الخلايا إلى قدرتها على امتصاص الأطوال الموجية للضوء التي لا تستطيع خلايا السيليكون الاستجابة لها، وتحويلها إلى طاقة كهربائية.

كما سلّط الضوء على أنّ توافُر عنصر البيروفسكايت بكثرة في الطبيعة، وسهولة تحضيره في المختبر بدرجة حرارة عادية، قد أسهما في خفض تكاليف التصنيع.

وتابع نصر أن أحد تطبيقات هذه الخلايا يتمثل في استعمالها مع خلايا السيليكون التقليدية لتصنيع خلايا تسمى الخلايا الترادفية (Tandem PV)، تصل كفاءتها إلى أكثر من 30%، متوقعًا طرحها في الأسواق خلال العامين المقبلين.

واستطرد قائلًا، إنه على الرغم من مميزات خلايا البيروفسكايت، فإن هذه التقنية لم تنضج تجاريًا بعد، وما تزال تتطلب التغلب على بعض التحديات قبل طرحها في الأسواق، من بينها عدم استقرار أداء هذه الخلايا، واختبار متانتها في مواجهة ظروف التشغيل المختلفة.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..