أسفرت جهود تعظيم كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية عن تقدم جديد من شأنه أن يمهّد الطريق أمام تسويقها تجاريًا.
ونجحت شركة هالوسل إنرجي (Halocell Energy) الأسترالية، المتخصصة في تقنيات الطاقة المتجددة، في مضاعفة كفاءة خلايا البيروفسكايت عبر استعمال مادة الغرافين -وهي مادة خفيفة جدًا وعالية التوصيل مُصنّعة من الغرافيت- ما يسهم في إطالة عمرها التشغيلي.
وتُسهم التقنية الجديدة كذلك في خفض تكلفة إنتاج خلايا البيروفسكايت بنسبة تصل إلى 80%، وفق دراسة اطلعت منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن) على نتائجها.
وبرهنت الدراسة على أن الخلايا الشمسية المُصنّعة من مواد بديلة تعتمد على الكربون مثل الغرافين تتفوّق على نظيراتها التقليدية المُصنّعة من السيليكون في ظروف الإضاءة الاصطناعية المنخفضة، بما في ذلك البيئات الداخلية، وتوليد الطاقة لتطبيقات متخصصة.
وخلايا البيروفسكايت هي بناء بلوري أثبت كفاءة عالية بوصفه مادة شبه موصلة لامتصاص ضوء الشمس، غير أن الأبحاث ما تزال جارية لتعظيم كفاءة الأداء على المدى الطويل.
مضاعفة الكفاءة
اكتشف الباحثون في قطاع الطاقة الشمسية أن إضافة مادة الغرافين إلى خلايا البيروفسكايت الشمسية من الممكن أن تحسّن كفاءتها لتصل إلى 30.6%، وتخفّض الحاجة كذلك إلى استعمال الموصلات المصنعة من معدنَي الذهب والفضة باهظي التكلفة.
وتُعد النتائج جزءًا من دراسة بحثية مشتركة بين "هالوسل إنرجي" ومواطنتها جامعة كوينزلاند للتقنية، بدأت في عام 2023 لتسويق تقنية الخلايا المذكورة تجاريًا.
وتُثبت نتائج الدراسة جدوى إضافة طبقة من الغرافين إلى خلايا البيروفسكايت الشمسية، عبر استعمال تقنية التشتيت (Dispersion).
وتقنية "التشتيت" هي طريقة تصنيع تُستعمَل عادةً لإضافة طبقات إضافية إلى "ركائز مرنة" مثل الألواح الشمسية.
ومن شأن تلك التقنية أن تساعد في إصلاح أبرز عيوب مادة البيروفسكايت، وهو محدودية عمرها الافتراضي الذي لا يدوم سوى نحو 5% من عمر خلية السيليكون؛ إذ تبدأ خلية البيروفسكايت التدهور بعد عام واحد فقط من الاستعمال، مقارنة بخلايا السيليكون التي تدوم 20 عامًا.
مواد منخفضة التكلفة
أوضح الرئيس التنفيذي لشركة "هالوسل إنرجي"، بول موني، أن شركته لديها حاليًا مواد منخفضة التكلفة، مثل الغرافين، تصلُح للاستعمال في تطبيقات مختلفة في مجال الطاقة الشمسية.
وأضاف: "مادة (الغرافين) سيُجرى تضمينها في مبيعات الطاقة الشمسية لدينا إلى جانب وحدات الطاقة الشمسية المستعمَلة في الطائرات المسيرة والأقمار الاصطناعية"، وفق ما صرح به في بيان اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
وكانت "هالوسل إنرجي" قد حصلت على منحة لمدة 3 سنوات بقيمة 2.03 مليون دولار من مشروعات مراكز البحوث التعاونية الفيدرالية "سي آر سي-بي" (CRC-P) لدعم بحثها المشترك مع جامعة كوينزلاند للتقنية.
كفاءة قياسية جديدة
في شهر أبريل/نيسان الماضي قال فريق من الباحثين من جامعة كوينزلاند للتقنية إنهم رصدوا كفاءة قياسية جديدة لخلايا البيروفسكايت الشمسية.
وفي يوليو/تموز الماضي، حصل الأستاذ في كلية الكيمياء والفيزياء في جامعة كوينزلاند للتقنية مينه تام هونغ، على منحة للعمل مع "هالوسل إنرجي" لمواجهة سُمية مواد هاليد البيروفسكايت المعدنية وعدم استقرارها -وهي مواد شبه موصلة ذات بنية بلورية مميزة تُشبه البيروفسكايت الطبيعي-.
وقال: "تحتاج أستراليا إلى عمليات تصنيع أفضل لخلايا البيروفسكايت الشمسية من الجيل التالي، حتى يتسنّى لنا تعزيز جدوى تسويق تلك التقنية بأقل المخاطر الممكنة في مرحلة الإنتاج".
وأضاف: "من خلال تطوير معالجة محلول المذيبات الخضراء، وكذلك خلايا البيروفسكايت عالية السعة المصنعة من القصدير بدلًا من الرصاص، سيصبح تصنيع خلايا البيروفسكايت الشمسية أكثر نظافة وأمانًا؛ ما يوفر فئة جديدة من الخلايا الشمسية الفعالة والآمنة والمستقرة والمسؤولة بيئيًا".
عائلة "البيروفسكايت الشمسية"
لطالما كانت عائلة البيروفسكايت من المواد الشمسية واعدة بوصفها وسيلة لتصنيع وحدات شمسية خفيفة ومرنة يمكن ترسيبها بسهولة على أسطح مختلفة، إلى جانب كونها رخيصة الإنتاج وفعّالة مثل المواد الكهروضوئية المصنعة من السيليكون.
غير أن عددًا من العقبات الرئيسة قد حالت دون أن تصبح خلايا البيروفسكايت الشمسية تنافسية من الناحية التجارية.
وتشمل تلك التحديات العمل المطول في محاولة الوقوف على الاختلافات الصحيحة للمواد التي تتسم بأعلى كفاءة وأقل تكلفة، إلى جانب عنصر المتانة؛ إذ إن تلك المواد لا تدوم طويلًا مقارنة بالسيليكون.
لكن تلك العقبات بدأت تتلاشى في الوقت الذي شرعت فيه شركات مثل كايلوكس (Caelux)، ومقرها ولاية كاليفورنيا الأميركية، في شحن زجاج البيروفسكايت.
وقالت "هالوسل إنرجي" إنها تبيع خلايا البيروفسكايت الشمسية في أستراليا لاستعمالها في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة منذ العام الماضي.
وتعمل "هالوسل إنرجي" حاليًا على توسيع سعة طاقة مصنعها في مدينة واغا واغا بولاية نيو ساوث ويلز الأسترالية عبر إضافة المزيد من خطوط الإنتاج، حتى تتمكن من تحقيق هدفها المتمثل في تصنيع 60 مليون وحدة سنويًا.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصدر:
1. استعمال مادة الغرافين لمضاعفة سعة خلايا البيروفسكايت الشمسية، من موقع شركة "هالوسل إنرجي".
