ابتكار خلايا شمسية تقلل استخدام المواد النادرة بتطوير تقنيات دائرية وأجهزة ثنائية الوصلات منخفضة التكلفة

أنتجت العقود الأخيرة من البحث والتطوير خلايا شمسية متطورة للغاية – أو أجهزة كهروضوئية – ولدت أكثر من 1000 تيراواط / ساعة من الطاقة الكهربائية على مستوى العالم في عام 2022.

وقد تم تسريع هذا النشر من خلال التحسينات في تصميم وأداء الأجهزة الكهروضوئية ، بالإضافة إلى الانخفاضات الكبيرة في التكلفة ، التي تحققت من خلال البحث المبتكر في الوحدة والخلية وتصنيع الطاقة الكهروضوئية.

يجب أن ينمو نشر الخلايا الكهروضوئية بشكل كبير في العقود القليلة القادمة – إلى نطاق متعدد تيراواط (TW) – لتحقيق نظام طاقة مستدام، بالنظر إلى إلحاح هذا النمو ، فإن استمرار ابتكار الخلايا الشمسية أمر بالغ الأهمية.

هذه الحاجة لابتكار الخلايا الشمسية هي الفكرة الرئيسية لمقال جديد في الجهاز ، “ابتكار الأجهزة الكهروضوئية لمستقبل الطاقة الشمسية”، يسلط المقال الذي كتبه فريق دولي من الباحثين بقيادة المختبر الوطني للطاقة المتجددة، الضوء على أهمية ابتكار الأجهزة الكهروضوئية في انتقال الطاقة.

قالت نانسي هايجل ، مديرة المركز الوطني للخلايا الكهروضوئية في NREL والمؤلفة الرئيسية في الورقة: “من خلال ابتكار الأجهزة ، يمكن أن يكون لنا تأثير كبير على نظام الطاقة العالمي في المستقبل”،”حتى ما قد يبدو أنه تغييرات صغيرة ، مثل نسبة مئوية أو اثنين في الكفاءة ، في الواقع له تأثيرات هائلة على نطاق تيراوات.”

ماضي ومستقبل الطاقة الشمسية

تبحث الورقة في كل من الماضي والمستقبل للخلايا الشمسية. يستعرض المؤلفون التطورات الحديثة والفرص المستقبلية في ابتكار الخلايا الشمسية لأربع تقنيات تجارية بالكامل: الخلايا الشمسية متعددة الوصلات III-V للفضاء والسيليكون (Si) ، والكادميوم تيلورايد (CdTe) ، ونحاس الإنديوم الغاليوم ديسلينيد (CIGS) لتوليد الطاقة الأرضية .

قال هيجل: “كان هناك قدر لا يُصدق من الابتكار في هذه الأنواع من الأجهزة الكهروضوئية، وكان هذا الابتكار مهمًا لتقدم الطاقة الشمسية على مدى العقد الماضي”، “بالنظر إلى المستقبل ، نأمل أن يلهم هذا الباحثين في مجتمع الكهروضوئية للمساهمة في ابتكار الأجهزة”.

ركزت التطورات الحديثة في هذه الخلايا الشمسية إلى حد كبير على الكفاءة وخفض التكاليف وتحسين الموثوقية. ولكن على مستوى الإنتاج متعدد TW ، بدأت التحديات الجديدة ، مثل توافر المواد وسلسلة التوريد والطاقة المضمنة وثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) ، في التأثير على الصناعة الكهروضوئية.

قال هيجل : “تشمل بعض المجالات الأكثر إثارة للابتكار – بالإضافة إلى زيادة الكفاءة ، وهو أمر مهم دائمًا – تقليل استخدام المواد النادرة ، وتطوير تقنيات دائرية ، والحصول على أجهزة ثنائية الوصلات منخفضة التكلفة”.

الاتجاه الرئيسي الآخر للبحث في المستقبل هو “اقتران” الخلايا الشمسية.

أوضح هيجل: “من ناحية الجهاز ، أصبح اقتران مادتين أو أكثر لإنشاء أجهزة ترادفية منخفضة التكلفة أمرًا مهمًا بشكل متزايد”، “ومن جانب الأنظمة ، سيعتمد مستقبل الطاقة الكهروضوئية ، إلى حد كبير ، على كيفية اقترانها بقطاعات الطاقة الأخرى في اقتصاد الطاقة النظيفة ، بما في ذلك النقل والتخزين والعمليات الصناعية وكهربة المباني التدفئة والتبريد”.

منتدى جديد للبحث المتعلق بالجهاز

قال مارشال برينان ، رئيس تحرير Device ، “إن هدفي هو استخدام Device لتسليط الضوء على العديد من المساهمات متعددة التخصصات التي يتطلبها الأمر بالفعل لنقل جهاز من فكرة مبتكرة إلى تقنية تحدث تأثيرًا في العالم الحقيقي ” .

وأضاف “ما ساهمت به نانسي وزملاؤها هو تلخيص مثالي لما نتطلع إلى تحقيقه: فهم التقنيات التي تساعد على تحقيق تقدم حقيقي في مواجهة التحديات والتأثير على حياة المواطنين العالميين مع توفير سياق لكيفية حل المشكلات المختلفة التي يواجهها ستواجه التكنولوجيا كلما توسعت. علاوة على ذلك ، تتوافق مهمة NREL لحل تحديات الطاقة باستخدام الحلول الإبداعية مع ما يمثله الجهاز ، لذلك أنا سعيد للغاية بفرصة إنشاء هذا الاتصال في وقت مبكر من عمر المجلة “.

وأضاف هيجل: “نظرًا لأن الطاقة الكهروضوئية ستكون جزءًا أساسيًا من حل الطاقة النظيفة ، يسعدنا أن يكون لدينا مقال عن الأجهزة الكهروضوئية في الإصدار الأول من الجهاز ، ونأمل أن يكون مصدر إلهام لأشخاص جدد للانضمام إلى هذا المجال و تطورات جديدة في الخلايا الشمسية “.