غالباً ما نسمع عن استخدام السيليكون بشكل كبير جداًّ في أغلب الخلايا الشمسية، وذلك لأن طبقة السيليكون البلوري تساعد على امتصاص الطاقة من أشعة الشمس حتى في نطاق الأشعة تحت الحمراء.[١]
ولكن في الآونة الأخيرة برز اسم البيروفسكايت كثيراً في مجال الطاقة المتجددة وتحديداً الخلايا الشمسية.
ما هو البيروفسكايت؟
البيروفسكايت هي مواد كهروضوئية وفيرة رخيصة الثمن. ويصف مصطلح “البيروفسكايت” البنية البلورية لمعدن موجود بشكل طبيعي.
تم اكتشاف فاعلية مادة البيروفسكايت على الطاقة الشمسية في عام 2009، بعدما قامت خلية مصنوعة من مادة بيروفسكايت بسيطة “تسمى يوديد الرصاص ميثيل الأمونيوم” بتحويل 3.8% من طاقة ضوئية إلى كهربائية.[٢]
وقد كشف علماء من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية في دراسة بحثية عن استراتيجية جديدة نشرت في المجلة العلمية (Nature) وهي تصميم لخلايا البيروفسكايت الشمسية يعمل على رفع كفاءتها وإطالة عمرها بحيث تكون مقاربة لمستويات خلايا السيليكون التي تعد أعلى تكلفة .[٣]
صورة ١: أربعة من مؤلفي الورقة البحثية يحملون خلايا البيروفسكايت الشمسية.
وبما أن السيليكون هو المادة الأساسية داخل 95% من الألواح الشمسية، فقد فكرت عدة شركات بوضع طبقات البيروفسكايت على السيليكون بدلاً من استبداله لإنشاء مايسمى ب”الخلايا الشمسية الترادفية”.[٢]
ونظرًا لقدرة كل من المادتين على استيعاب طاقة شمسية من أطوال موجية مختلفة، يُعَدُّ الاعتماد على الخلايا الترادفية لتوليد الكهرباء مشروعًا واعدًا. يُتوَقَّع أن تُوفِّر هذه الخلايا على الأقل 20٪ من كفاءة توليد الكهرباء مقارنة بالخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون، مع توقعات بمزيد من التحسينات بحسب ما يشير إليه بعض العلماء.[٢]
وعلى الرغم من تشابه البيروفسكايت والسيليكون في كونهما مركبات بلورية، إلا أن تكلفة إنتاج خلايا البيروفسكايت الشمسية تقل بنسبة تقريبية إلى النصف مقارنة بخلايا السيليكون الشمسية. وبفضل مرونتها العالية، تتيح خلايا البيروفسكايت مجالًا واسعًا للتطبيقات التي يمكن نشرها فيها. أخيراً، من المتوقع أن تحقق هذه الخلايا قدرات طاقية أكبر من نظرائها السيليكونية، نظرًا لقدرتها على استيعاب طيف أوسع من الضوء المرئي. ومع ذلك، يظل انخفاض التكلفة غير كافٍ لتحدي خلايا السيليكون الشمسية ما لم تزال بعض القيود قائمة.[٣]
_________________________________________المراجع:
- J. M. Pearce, N. Podraza, R. W. Collins, M.M. Al-Jassim, K.M. Jones, J. Deng, and C. R. Wronski (2007). “Optimization of Open-Circuit Voltage in Amorphous Silicon Solar Cells with Mixed Phase (Amorphous + Nanocrystalline) p-Type Contacts of Low Nanocrystalline Content” (PDF). Journal of Applied Physics.
- صبح، نوار. (2023). خلايا البيروفسكايت.. تقنية رخيصة قد تحدث ثورة في صناعة الطاقة الشمسية. الطاقة. https://2u.pw/GRic1y2y
- صحفي، بيان. (2024). كاوست تطور خلايا بيروفسكايت شمسية أكثر استقراراً وكفاءة. KAUST. https://www.kaust.edu.sa/ar/news/thin-layer-solution-unlocks-stability-and-efficiency-in-perovskite-solar-cells
