الخلايا الشمسية المصنوعة من خام السيليكون والكالسيوم والتيتانيوم ستغير كفاءة توليد الطاقة تمامًا

الخلايا الشمسية المصنوعة من خام السيليكون والكالسيوم والتيتانيوم ستغير كفاءة توليد الطاقة تمامًاو

تتمتع الخلايا الشمسية التقليدية المعتمدة على مركبات أشباه الموصلات السيليكونية بأقصى كفاءة نظرية تبلغ 29% في تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. ومع ذلك، من خلال دمج طبقة البيروفسكايت الثانية في طبقة السيليكون الأساسية، قد تتجاوز الخلايا الشمسية عتبة الكفاءة هذه في المستقبل القريب.

البيروفسكايت هو نوع من المركبات له نفس التركيب البلوري مثل معدن أكسيد التيتانيوم والكالسيوم. ويمكن استخدام هذه المادة المرنة للغاية في العديد من التطبيقات، بما في ذلك أجهزة الموجات فوق الصوتية ورقائق التخزين والخلايا الشمسية لتوليد الطاقة. تظهر الأبحاث الحديثة أن البيروفسكايت قد يكون أ"سلاح سري"لتعزيز كفاءة توليد الطاقة في صناعة الخلايا الشمسية إلى مستوى جديد.

تقترب تكنولوجيا الخلايا الشمسية الحالية بسرعة من أعلى مستويات كفاءتها، ولكنها لا تزال لا تلبي المستوى المطلوب للطاقة الشمسية كعامل تخفيف مهم في معالجة ظاهرة الاحتباس الحراري. وقد ذكر العلماء أن الكفاءة يجب أن تتجاوز 30%، وأن يكون معدل تركيب الألواح الشمسية الجديدة أعلى بعشر مرات من مستوى الاعتماد الحالي.

ومن خلال إضافة طبقة إضافية من أكسيد التيتانيوم والكالسيوم (كلاهما يتمتعان بخصائص أشباه الموصلات) على ركيزة من السيليكون، يمكن تعزيز الطاقة الملتقطة من ضوء الشمس. تلتقط طبقة السيليكون الإلكترونات في الضوء الأحمر، بينما تلتقط طبقة تيتانيوم الكالسيوم الضوء الأزرق. سيؤدي تحسين القدرة على امتصاص الطاقة إلى انخفاض السعر الإجمالي للطاقة الشمسية، وبالتالي تسريع نشر واعتماد الألواح الشمسية.

لقد أمضى العلماء عدة سنوات في تطوير تكنولوجيا الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون والكالسيوم والتيتانيوم، ويبدو أن عام 2023 يمثل علامة فارقة مهمة في هذا المجال. لقد نجح التقدم البحثي الأخير في تحسين كفاءة بطاريات سلسلة بيروفسكايت السيليكون إلى أكثر من 30%. إن وتيرة التقدم سريعة جدًا لدرجة أن هذه التكنولوجيا ستعرض قريبًا وظائفها المحسنة في المنتجات التجارية.

يعتقد ستيفان دي وولف، أستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية في المملكة العربية السعودية، أنه في عام 2023، سيحقق مجال تكنولوجيا الخلايا الشمسية تقدمًا كبيرًا. حقق فريق دي وولف مستوى كفاءة يصل إلى 33.7% في الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البيروفسكايت، لكن تفاصيل عملهم لا تزال بحاجة إلى النشر في المجلات العلمية.نشرت مجموعة بحثية أخرى بقيادة ستيف ألبريشت من مركز هيلمهولتز برلين للمواد والطاقة في ألمانيا مؤخرًا دراسة حول سلسلة من بطاريات البيروفسكايت المصنوعة من السيليكون والتي يمكنها تحقيق كفاءة تحويل الطاقة تصل إلى 32.5٪. أما المجموعة الثالثة بقيادة شين يو تشين من المدرسة الفيدرالية للتكنولوجيا في لوزان في لوزان بسويسرا، فقد أثبتت أن كفاءة سلسلة البطاريات تصل إلى 31.25%، مع"إمكانات الكفاءة العالية وانخفاض تكلفة التصنيع".

وذكر دي وولف أن تجاوز عتبة الطاقة البالغة 30% سيعزز ثقة الناس بذلك"ويمكن طرح توليد الطاقة الكهروضوئية عالية الأداء ومنخفضة التكلفة في السوق". بحلول عام 2022، ستصل قدرة توليد الطاقة الشمسية إلى 1.2 تيراواط، ويجب أن تزيد إلى 75 تيراواط على الأقل بحلول عام 2050 للتخفيف من الوضع الأكثر كارثية الناجم عن ظاهرة الاحتباس الحراري وانبعاثات الغازات الدفيئة.