الجيل الجديد من الخلايا الشمسية أثبت بالفعل كفاءة تتجاوز 26% وتكلفة منخفضة.. “الإمكانات الاستثنائية”
خلايا البيروفسكايت المعدنية عالية الأداء تظهر خصائص كهروضوئية ممتازة وكفاءة عالية
يمكن للألواح الشمسية التجارية اليوم تحويل حوالي 15% إلى 20% من ضوء الشمس الذي تمتصه إلى طاقة كهربائية، لكنها يمكن أن تكون أكثر كفاءة، وفقًا لباحثين في جامعة سوتشو.
وقالوا، إن الجيل القادم من الخلايا الشمسية أثبت بالفعل كفاءة بنسبة 26.1%، ولكن هناك حاجة إلى اتجاهات بحثية أكثر تحديدًا لجعل هذه الكفاءة هي المعيار والتوسع إلى أبعد من ذلك.
وقد نشروا مراجعتهم للحالة الراهنة للأبحاث المتعلقة بخلايا البيروفسكايت الشمسية عالية الكفاءة وتوصياتهم للعمل المستقبلي في مجال مواد وأجهزة الطاقة.
وقال المؤلف الأول فينجرين كاو، الباحث في كلية العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا بجامعة سوشو: “الخلايا الشمسية البيروفسكايت الهاليدية المعدنية هي نوع جديد من الخلايا الشمسية عالية الأداء”، “إنها تظهر خصائص كهروضوئية ممتازة ولديها القدرة على الكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة، مما يجعلها مرشحة واعدة لتطبيقات الطاقة الشمسية المستقبلية.”
معدن البيروفسكايت الهاليد الموجود في هذه الخلايا الشمسية عبارة عن مادة عضوية تشبه أكسيد التيتانيوم والكالسيوم، والتي تعمل بمثابة شبه موصل ممتص للضوء لالتقاط أشعة الشمس العرضية وتحويلها إلى طاقة.
كفاءة عالية
وأضاف كاو ، “توفر خلايا البيروفسكايت الشمسية كفاءة عالية، تتجاوز 26% في ظروف المختبر؛ وتكلفة منخفضة، باستخدام مواد غير مكلفة نسبيًا وعمليات تصنيع بسيطة؛ ومرونة، حيث يمكن تصنيعها على ركائز مرنة – مثل الرقائق البلاستيكية أو المعدنية – مما يتيح تطوير خلايا خفيفة الوزن، قائلا : “أجهزة كهروضوئية مرنة ويمكن توسيع نطاقها إلى أحجام أكبر”، “لديهم إمكانات استثنائية كالجيل القادم من التكنولوجيا الكهروضوئية.”
ومع ذلك، أشار تساو إلى أن عددًا قليلاً فقط من فرق البحث طورت خلايا بيروفسكايت الشمسية قادرة على تحقيق كفاءة بنسبة 25% أو أكثر.
وقال تساو: “على مدى السنوات الماضية، تم اعتماد العديد من الاستراتيجيات لتحسين كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية”، “لكن تحقيق أكثر من 25% من الكفاءة ليس أمرًا شائعًا بعد، وعلى هذا النحو، في هذه الورقة، نلخص التطورات الأخيرة في خلايا البيروفسكايت الشمسية عالية الكفاءة ونسلط الضوء على استراتيجياتها الفعالة في تنظيم البلورات، وتخميل الواجهة، والتصميم الهيكلي لطبقات المكونات. ”
يمكن لهذه الاستراتيجيات أن تعالج بشكل فعال الأسباب الرئيسية لانخفاض الكفاءة، وهي العيوب الناجمة عن عملية التحضير وبنية النطاق غير المناسبة.
يشير هيكل الشريط إلى مستويات طاقة الإلكترونات الموجودة في المادة: منخفضة جدًا، ولا تستطيع الخلية تحويل ضوء الشمس إلى طاقة بشكل صحيح أو فعال؛ عالية جدًا، والخلية تواجه نفس المشكلة.
بناء “خلايا شمسية ترادفية“
يمكن دمج أنواع أخرى من الخلايا الشمسية لبناء “خلايا شمسية ترادفية” يمكنها العمل معًا لكسر حدود الكفاءة لنوع واحد من الخلايا الشمسية، بالإضافة إلى ذلك، قال تساو، إن طرق تصنيع المكونات الأكبر تحتاج إلى تحسين لتحقيق نفس الكفاءة مثل طرق تصنيع مساحات صغيرة أقل من عُشر السنتيمتر المربع.
وقال كاو: “نعتقد أن خلايا البيروفسكايت الشمسية هي إحدى فئات الخلايا الشمسية الواعدة، وستضمن هذه الجهود إمكانية تسويقها وتصنيعها تجاريا في المستقبل”، موضحا أن الأبحاث الإضافية ستعالج أيضًا تحديات مثل تحمل العيوب والجودة، القضايا المتعلقة بالاستقرار، “إن مستقبل خلايا البيروفسكايت الشمسية مثير بشكل لا يصدق، وإمكانية تحقيق المزيد من التقدم هائلة.”
