اختراق بحثي جديد يقرب الخلايا الشمسية المزدوجة من التصنيع التجاري.. كفاءة غير مسبوقة

يشهد الجيل الثالث من تكنولوجيا الخلايا الشمسية تطورًا متسارعًا، إذ نجح فريق بحثي من جامعة هونغ كونج بوليتكنك (PolyU)  في تحقيق إنجاز مهم في مجال الخلايا الشمسية الهجينة من البيروفسكايت والسيليكون (TSCs)، من خلال دراسة ركزت على معالجة التحديات المتعلقة بالكفاءة والاستقرار وقابلية التصنيع على نطاق واسع.

أجرى الفريق تحليلًا شاملًا لأداء هذه الخلايا، وقدم توصيات استراتيجية تستهدف رفع كفاءة تحويل الطاقة من المستوى الحالي البالغ نحو 34% إلى ما يقارب 40%، في خطوة تمهد لتسريع عملية التصنيع التجاري بالتعاون بين المؤسسات الصناعية والبحثية والأكاديمية، بما يتماشى مع خطة البلاد لتحقيق ذروة الكربون والحياد المناخي، وتعزيز استخدام الطاقة المتجددة في دعم التقنيات الحديثة مثل الذكاء الاصطناعي.

يضم الفريق العلمي عددًا من أبرز الباحثين، من بينهم الأستاذ لي غانغ، رئيس قسم تكنولوجيا تحويل الطاقة وأستاذ الطاقة المتجددة المرموق، والأستاذ يانج جوانج، أستاذ مساعد في قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية بالجامعة.

وقد نُشرت مراجعتهم النقدية بعنوان “نحو خلايا شمسية هجينة فعالة ومستقرة وقابلة للتوسع من البيروفسكايت والسيليكون” في مجلة Nature Photonics.

مواجهة تحديات الاستقرار والتصنيع

يقول البروفيسور لي غانغ: “على الرغم من تحقيق الأجهزة المعملية لتقدم ملحوظ في الكفاءة، فإن هناك حاجة لبذل مزيد من الجهود لتحسين موثوقيتها، خاصة في تقليل الفاقد عند الانتقال من الخلايا صغيرة المساحة إلى الوحدات الكبيرة”.

وأضاف أن ضمان توافق المواد وطرق التصنيع مع المعايير الصناعية يجب أن يكون أولوية في هذه المرحلة.

يشير الفريق إلى أن عدم استقرار مواد البيروفسكايت أمام العوامل البيئية مثل الرطوبة والأكسجين والأشعة فوق البنفسجية والتغيرات الحرارية، لا يزال يمثل التحدي الأكبر.

كما أن الانتقال من الخلايا المختبرية إلى وحدات إنتاجية كبيرة الحجم يواجه صعوبات في التجانس وضبط العيوب والتصنيع واسع النطاق.

وعلى الرغم من إجراء اختبارات ميدانية أولية للخلايا الهجينة، إلا أن البيانات المعتمدة حول موثوقيتها على المدى الطويل ما زالت محدودة.

لذلك يوصي الباحثون بإجراء اختبارات تسارع الاستقرار وفق الإجراءات المعيارية المعتمدة من اللجنة الدولية الكهروتقنية (IEC).

كما يحذر الفريق من أن استخدام عناصر نادرة ومعادن ثقيلة مثل الرصاص في تصميم معظم الخلايا يمثل تحديًا بيئيًا وتنظيميًا، مؤكدين ضرورة تطوير بدائل مستدامة، إلى جانب تقنيات فعالة لإعادة التدوير أو احتواء الرصاص، لضمان تسويق آمن وفعّال للتكنولوجيا.

تعاون ثلاثي من أجل تسويق الابتكار

يشدد الباحث يانغ غوانغ على أهمية التعاون بين الصناعة والبحث العلمي من خلال نهج متعدد التخصصات يدمج علوم المواد والهندسة الاقتصادية ونمذجة الأجهزة، بما يسهم في تطوير خلايا بيروفسكايت/ سيليكون أكثر كفاءة واستقرارًا.

ويضيف: “نأمل أن يسهِم هذا البحث في نقل التقنية من المختبر إلى خطوط الإنتاج التجاري، بما يدعم تحقيق الحياد الكربوني ويوفر طاقة خضراء عالية الكفاءة للصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل الذكاء الاصطناعي، ما يساعد في التحول نحو هيكل طاقة منخفض الكربون”.