رئيسية أخبار الطاقة المتجددة طاقة متجددة عاجل

السعودية تقود ابتكار خلايا شمسية بكفاءة غير مسبوقة

دينا قدري

2025-10-02

2 18٬080

توصَّل فريق بحثي دولي بقيادة جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) في السعودية، إلى طفرة في ابتكار خلايا شمسية ترادفية بكفاءة تحويل طاقة غير مسبوقة.

ووفق الدراسة التي حصلت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، حققت الخلايا الشمسية ثلاثية الوصلات (طبقتين من البيروفسكايت وطبقة من السيليكون) كفاءة تحويل طاقة بلغت 28.7%.

وأكد الفريق البحثي أن هذا يُعدّ رقمًا قياسيًا جديدًا في الكفاءة لهذا النوع من الخلايا.

نُشرت تفاصيل البحث في مجلة نيتشر ماتريالز (Nature Materials)، في مقال بعنوان "أطوار البيروفسكايت المستقرة التي تُمكّن من تصنيع خلايا شمسية ثلاثية الوصلات فعّالة من البيروفسكايت/البيروفسكايت/السيليكون".

واشترك مع جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية باحثون من جامعة مرمرة في تركيا ولودفيغ ماكسيميليان (LMU) في ألمانيا.

ابتكار خلايا شمسية ترادفية

في إطار شرحه حول ابتكار خلايا شمسية ترادفية، يقول المؤلف المراسل للدراسة، ستيفان دي وولف: "أولًا، حدّدنا بشكل منهجي آليات تحلل الطور المختلفة عبر تركيبات البيروفسكايت بوصفها إطارًا موحدًا لعدم استقرار الطور، مدفوعًا أساسًا بالتحولات الطورية وهجرة الأيونات".

وأفاد الفريق البحثي بأن تأثيرات التعديل حالت "في الوقت نفسه" دون كل من التحلل في طبقة البيروفسكايت ذات الجهد 1.5 إلكترون فولت، والفصل الطوري الناجم عن الضوء في طبقة البيروفسكايت ذات الجهد 2.0 إلكترون فولت.

واختبر الباحثون -أيضًا- تعديل الأمونيوم على خلايا من القصدير والرصاص (Sn-Pb)، ذات فجوة نطاق ضيقة تبلغ نحو 1.25 إلكترون فولت.

وبعد الاختبار، لاحظ الفريق انخفاضًا في تكوّن الفراغات الكلّية، وتحسينًا في كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية، وفق ما نقلته منصة "إنترستينغ إنجينيرينغ" (Interesting Engineering).

وقال دي وولف: "بدمج مواد البيروفسكايت المستقرة هذه في خلايا ثلاثية الوصلات، حققنا كفاءة بنسبة 28.7% لترادفات البيروفسكايت/البيروفسكايت/السيليكون، وهو ما يمثّل رقمًا قياسيًا جديدًا في الكفاءة في هذا المجال".

وتحسَّن استقرار الخلايا وقابليتها للتكرار بشكل ملحوظ، حيث احتفظت بأكثر من 85% من كفاءتها الأولية بعد 1000 ساعة من الإضاءة المستمرة، وفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.

ووفقًا لدي وولف، سيواصل الفريق العمل على "رفع كفاءة الخلايا الشمسية ثلاثية الوصلات القائمة على البيروفسكايت"، من خلال ابتكارات شاملة.

وتعتزم المجموعة التركيز على تحسين الخلية الفرعية العلوية المصنوعة من البيروفسكايت، بما في ذلك تركيبات جديدة ذات فجوة نطاق واسعة وتصميمات مُحسّنة للواجهات، لتقليل الخسائر وتحسين الأداء العام.

رفع كفاءة الخلايا الشمسية

كان المتخصص في الطاقة الشمسية، المهندس ناصر صبر، قد أوضح -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة- أنه في ظل جهود العلماء لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية، دعت الحاجة إلى استعمال مادتين كهروضوئيتين أو أكثر، تختلف في خصائصها وقدرتها على التعامل مع الطيف الضوئي.

ويُسمى هذا الاختلاف بـ"فجوة الطاقة" (Bandgap) للمواد الكهروضوئية، إذ يجعل كل مادة تنفرد بالقدرة على امتصاص جزء معين من الطيف الضوئي بكفاءة مثالية.

ومن ثم، عند جمع مادتين كهروضوئيتين أو أكثر في خلية شمسية واحدة تزيد كفاءة التحويل للخلية، وتسمى في هذه الحالة "الخلايا الشمسية الترادفية" (Tandem PV) أو الخلايا متعددة الوصلات (Multi-Junction Solar Cells).

وقال المهندس ناصر صبر، إن القاعدة العامة تقتضي وضع مادة كهروضوئية ذات فجوة طاقة كبيرة أعلى الخلية الترادفية لتحويل الأشعة البنفسجية والضوء الأزرق إلى كهرباء.

بينما تحتوي المادة الكهروضوئية الموجودة في أسفل الخلايا الشمسية الترادفية على فجوة طاقة أصغر تستطيع من خلالها تحويل الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء إلى كهرباء بكفاءة عالية.

وهكذا تستطيع الخلايا الشمسية الترادفية الوصول إلى كفاءات تحويل أعلى بكثير من الخلايا الشمسية التقليدية.

وأضاف صبر -في تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن هذه الخلايا تمثّل فرصة للمصنّعين لخفض التكلفة النهائية لإنتاج الكهرباء من الخلايا الشمسية، مع توفير مساحات الأرض المطلوبة لإنشاء المنظومات الشمسية.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر: