"وداعا للسيلكون".. بدائل جديدة تغير عالم "الطاقة الشمسية"
فريق بحثي أمريكي يصنع ألواحا متعددة الطبقات يمكنها زيادة كمية الطاقة المولدة 1.5 مرة أكثر مقارنة بالألواح التقليدية المصنوعة من السليكون
يبدو أن عصر الألواح الشمسية المصنوعة من السيلكون والمستخدمة في توليد الكهرباء أوشك على الانتهاء، في ظل تعدد البدائل الجديدة التي يطورها الباحثون لزيادة إنتاج ألواح توليد الطاقة الشمسية.
وصنع فريق بحثي أمريكي ألواحا متعددة الطبقات يمكنها زيادة كمية الطاقة التي تولدها بواقع 1.5 مرة أكثر مقارنة بالألواح التقليدية المصنوعة من السليكون .
- صفقة اليوم.. اندماج هائل بقطاع الطاقة الشمسية الأمريكي
- "أبوظبي للطاقة" تعلن عن أقل تعرفة للكهرباء من الطاقة الشمسيّة بالعالم
وأفادت الدورية العلمية "فيزيكال ساينس" بأن فريق الدراسة من الباحثين بجامعة إلينوي في الولايات المتحدة طوروا التقنية الجديدة لزيادة إنتاج ألواح توليد الطاقة الشمسية.
ونقل الموقع الإلكتروني "ساينس ديلي" المتخصص في التكنولوجيا عن الباحث هولونياك ميكرو المتخصص في مجال الهندسة الكهربائية والحاسبات قوله إن "الألواح المصنوعة من السليكون يمكنها تحويل 20% من الطاقة الضوئية للشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام، غير أننا حققنا بالفعل أقصى استفادة من السليكون، وبالتالي كان لابد من إيجاد وسائل أخرى لزيادة كفاءة توليد الطاقة الشمسية من أجل جعلها أكثر جاذبية بالنسبة للمنتجين والمستهلكين".
واستخدم فريق الدراسة مادة جديدة من أشباه الموصلات هي أرسنيد الكاليوم فوسفات ودمجها داخل مادة السليكون، نظرا للتوافق الكيميائي بين المادتين. وتتميز المادتان بقدرتهما على امتصاص أشعة الضوء، ولكن المادة الجديدة تقلل الفاقد من الطاقة الحرارية أثناء توليد الكهرباء.
وتتميز مادة أرسنيد الكاليوم فوسفات بالفعالية والاستقرار، إلا أنها باهظة الثمن، وبالتالي فإن استخدام ألواح مصنوعة بالكامل من هذه المادة سيجعلها مرتفعة التكلفة، ويقلل من جدواها من الناحية الاقتصادية، ومن هناك جاءت فكرة دمجها مع السليكون منخفض التكلفة.
وسوف تحصل أي محطة تستخدم التقنية الجديدة على كمية أكبر من الطاقة بواقع 1.5 مرة، كما أنها تتيح للمستخدم العادي تخصيص مساحة أقل من سطح البناية التي يقطنها في توليد الطاقة.
وعلى الرغم من ذلك فإن التقنية الجديدة مازالت تواجه مشكلات تسويقية، ولكن الفريق أعرب عن أمله أن يدرك المنتجون والمستهلكون على حد سواء قيمة استخدام المادة الجديدة التي تتميز بالاستقرار في تحسين الأداء.
تطوير النوافذ وواجهات المبانى
ولم تكن فكرة فريق جامعة إلينوي الإمريكية الفكرة الوحيدة لزيادة إنتاج الطاقة الشمسية، ولكن حقق باحثون أمريكيون وصينيون تقدما في طريقهم إلى تطوير نوافذ أو واجهات زجاجية قادرة على توليد الكهرباء عبر الطاقة الشمسية، على أن تسمح في نفس الوقت بالرؤية عبرها.
وتمكن الباحثون من تطوير خلية شمسية تسمح بنفاذ الضوء وتضمن كفاءة تحويل الطاقة بنسبة تقارب 11% وشفافية بنسبة نحو 46%.
وعمل العلماء تحت إشراف ستيفن فورست من جامعة ميشيجان في مدينة آن أربور الأمريكية، الذي قالتعتبر النوافذ الموجودة في كل مبنى موقعا مثاليا للخلايا الشمسية العضوية، حيث إنها توفر شيئا لا يوفره السيليكون، وهو مزيج من كفاءة عالية للغاية في تحويل الطاقة وشفافية واضحة للغاية".
وأضاف تكاد تكون درجة شفافية الخلايا الشمسية مقاربة لشفافية النظارات الشمسية، التي تصل أحيانا إلى 50% فقط، وبذلك يمكن أن تحمي الخلايا الشمسية الشفافة في المستقبل من أشعة الشمس وفي نفس الوقت تنتج الكهرباء.
مواد مكملة وطلاءات إضافية
وأحرز الباحثون هذا التقدم عبر مواد مكملة وطلاءات إضافية في نطاق النانومتر (جزء 1 من مليون ملليمتر). وقد أدت إضافة فينيل النفثالين إلى مركبات عضوية معقدة، تُعرف اختصارا بـ (إس بي تي-إف آي سي) و(إيه 078) و(إيه 134)، إلى زيادة كبيرة في كفاءة تحويل الطاقة.
وتضمن الطلاءات التي تحتوي على فلوريد المغنيسيوم ومركب عضوي يسمى بـ"سي بي بي" أكبر قدر من النفاذية في نطاق الضوء المرئي، بينما تنعكس الكثير من الأشعة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. وفي الجزء الداخلي من لوح الزجاج تم استخدام المزيد من الطلاءات التي تتضمن فلوريد المغنيسيوم وثاني أكسيد السيليكون.
وحقق الباحثون كفاءة عالية في تحويل الطاقة بنسبة 10.8% باستخدام قطب فضة، رغم أن عيبه هو أن الضوء الذي يمر عبره يأخذ لونا أخضر على نحو واضح.
فالخلية الشمسية الشفافة تكون محايدة اللون تقريبا مع أكسيد قصدير الإنديوم على عكس المواد القطبية. ومع ذلك، فإن عيب أكسيد قصدير الإنديوم أنه يحقق فقط كفاءة في تحويل الطاقة بنسبة 8.1% وشفافية (نفاذية الضوء) بنسبة 43.3%.
يصف الباحث الرئيسي، يونجكسي لي، من جامعة ميشيجان التحدي بإيجاز قائلا: "كان على المادة الجديدة التي طورناها وهيكل الجهاز الذي صنعناه تحقيق العديد من التوافقات لضمان امتصاص جيد لأشعة الشمس وجهدٍ عالٍ وتيار كهربائي عالٍ وفي الوقت نفسه مقاومة منخفضة وشفافية حيادية اللون". ويسعى الباحثون مستقبلا إلى مواصلة زيادة كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية وإطالة عمر خدمتها إلى عشر سنوات.
ويتحدث ألكسندر كولسمان، الذي يرأس مجموعة "الخلايا الكهروضوئية العضوية" في معهد كارلسروه الألماني للتكنولوجيا (كيه آي تي)، عن نتائج التطوير باعتبارها "خطوة جيدة إلى الأمام".
وذكر كولسمان أنه من الجدير بالملاحظة أن الباحثين قاموا بتحسين أداء خاصيتين حاسمتين، وهما الكفاءة في تحويل الطاقة ونفاذية الضوء، وقال: "البحث يستند جيدا إلى مفاهيم قائمة بالفعل".
