الجيل الجديد من الخلايا الشمسية قابل لإعادة التدوير بالكامل

طور باحثون طريقة لإعادة تدوير جميع أجزاء الخلية الشمسية بشكل متكرر دون استخدام مذيبات ضارة بالبيئة.

تتمتع الخلية الشمسية المعاد تدويرها بنفس كفاءة الخلية الأصلية.

تتكون الخلية الشمسية من البيروفسكايت والمذيب الرئيسي هو الماء.

من المتوقع أن يزداد استخدام الكهرباء بشكل كبير في السنوات القادمة مع تطور الذكاء الاصطناعي والانتقال إلى النقل الكهربائي، من بين أمور أخرى.

ولكي لا يؤدي التغيير إلى تغير المناخ، يجب أن تعمل مصادر الطاقة المستدامة المختلفة معًا.

لطالما اعتُبر استخدام الطاقة الشمسية أمراً ذا إمكانات هائلة، وكانت الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون موجودة في السوق منذ أكثر من 30 عاماً.

ولكن الجيل الأول من الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون قد وصل إلى نهاية دورة حياتها، الأمر الذي خلق مشكلة غير متوقعة.

في دراسة نشرت في مجلة Nature، يقول شون شياو، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء والكيمياء والأحياء بجامعة لينشوبينج: “لا توجد حاليًا أي تقنية فعّالة للتعامل مع نفايات الألواح السيليكونية، ولهذا السبب تنتهي الألواح الشمسية القديمة في مكبات النفايات، جبال ضخمة من النفايات الإلكترونية التي لا يمكن فعل أي شيء بها”.

إعادة التدوير وتطوير تقنيات الخلايا الشمسية الناشئة

ويضيف فينج جاو، أستاذ الإلكترونيات الضوئية في نفس القسم، “نحن بحاجة إلى أخذ إعادة التدوير في الاعتبار عند تطوير تقنيات الخلايا الشمسية الناشئة، وإذا كنا لا نعرف كيفية إعادة تدويرها، فربما لا ينبغي لنا طرحها في السوق على الإطلاق”.

أكثر التقنيات الواعدة

تعد مادة البيروفسكايت واحدة من أكثر التقنيات الواعدة للجيل القادم من الخلايا الشمسية.

فهي ليست رخيصة الثمن وسهلة التصنيع فحسب، بل إنها خفيفة الوزن ومرنة وشفافة أيضًا، وبفضل هذه الخصائص، يمكن وضع خلايا البيروفسكايت الشمسية على العديد من الأسطح المختلفة، حتى على النوافذ.

كما يمكنها تحويل ما يصل إلى 25% من الطاقة الشمسية إلى كهرباء، وهو ما يمكن مقارنته بخلايا السيليكون الشمسية الحالية.

يقول نيانشينج شو، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة ليو: “هناك العديد من الشركات التي تريد طرح خلايا البيروفسكايت الشمسية في السوق الآن، لكننا نود تجنب مكبات النفايات الأخرى، في هذا المشروع، قمنا بتطوير طريقة يمكن من خلالها إعادة استخدام جميع الأجزاء في خلية شمسية جديدة من البيروفسكايت دون المساس بالأداء في الخلية الجديدة”.

ومع ذلك، نظرًا لأن عمر الخلايا الشمسية البيروفسكايت أقصر حاليًا من عمر الخلايا الشمسية السيليكونية، فمن المهم أن تكون عملية إعادة تدوير الخلايا الشمسية البيروفسكايت فعالة وصديقة للبيئة.

تحتوي الخلايا الشمسية البيروفسكايت أيضًا على كمية صغيرة من الرصاص، وهو أمر ضروري لتحقيق الكفاءة العالية، ولكن هذا يفرض أيضًا متطلبات كبيرة على عملية إعادة التدوير الفعالة.

بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا متطلبات قانونية في أجزاء كبيرة من العالم تلزم المنتجين بجمع وإعادة تدوير الخلايا الشمسية التي انتهى عمرها الافتراضي بطريقة مستدامة.

توجد بالفعل طرق لتفكيك الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت.

وتتضمن هذه الطرق في الغالب استخدام مادة تسمى ثنائي ميثيل فورماميد، وهي مكون شائع في مذيبات الطلاء، وهي مادة سامة وخطرة على البيئة ومسببة للسرطان.

استخدام الماء كمذيب

ولكن ما فعله الباحثون في لينشوبينج الآن هو تطوير تقنية يمكن من خلالها استخدام الماء كمذيب في تفكيك البيروفسكايت المتدهور، والأهم من ذلك، يمكن إعادة تدوير البيروفسكايت عالي الجودة من محلول الماء.

ويقول شون شياو: “يمكننا إعادة تدوير كل شيء – تغطية الزجاج، والأقطاب الكهربائية، وطبقات البيروفسكايت، وكذلك طبقة نقل الشحنة”.

وتتمثل الخطوة التالية للباحثين في تطوير الطريقة لاستخدامها على نطاق أوسع في عملية صناعية.

وعلى المدى الطويل، يعتقدون أن الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في توفير الطاقة عندما تكون البنية التحتية المحيطة وسلاسل التوريد موجودة.