الـ Perovskite تدخل في صناعة الخلايا الشمسية

استمع على ساوندكلاود 🎧

كشفتَ جامعةُ TU Delft للتكنولوجيا أسراراً واعدةً عن موادّ الـ Perovskite لصناعةِ الخلايّا الشّمسية. حيث أسقطَ الباحثونَ المزيدَ من الضوءِ على الشيء الذي يجعلُ الـ perovskite مناسباً في صنعِ الخلايّا الشّمسية. وقد قاموا بنشرِ النتائجِ التي تمّ التّوصلُ إليها في مجلة Nature Material.

التكلفة:

تعتبرُ مادة ُالسيليكون الأكثر شيوعاً حالياً في الاستخدام ضمن الخلايا الشّمسية. وعليه فإنّ أحدَ العيوبِ الرئيسةِ في الخلايا الشّمسية المصنوعة من السيليكون، هي عمليةُ الإنتاجُ الشّاقةِ والمكلفةِ نسبياً. "وتعتبرُ الخلايا الشّمسية المُكونةُ من Perovskites أحدَ البدائلِ الممكنة في هذه الصناعة". وهذا ما صرّحَ به الدكتور Tom Savenije وهو باحثٌ في جامعة TU Delft للتكنولوجيا. ويتابع بقوله: "إنّه ليعتبرُ من المثيرِ للاهتمام، أنّ الـ Perovskites تُصنَعُ من موادَّ أوليةٍ رخيصةٍ جداً، وعمليةُ المعالجةِ بسيطةٌ نسبياً بالمقارنة مع تلك المستخدمة في الخلايا الشّمسية العضوية".

الفعاليّة:

تشبهُ موادُّ الـ Perovskites من حيثُ التركيبِ بُنيّةَ أوكسيد تيتانيوم الكالسيوم، ليشكّلَ معدناً يسمى بعدَ عملية ِالمعدنةِ بـ Perovskites. ولم يصلْ هذا البحثُ إلى إمكانيةِ استخدام الـ Hailed Perovskites المعدنيّة إلا مؤخراً، وذلك كطبقةٍ تتفاعلُ مع الضوء في الخلايا الشمسية.

كما عبّرَ Savenije بالقول: " إنّ النتائجَ والتقدمَ الذي تمّ إحرازه ضمن فترةٍ قصيرةٍ من الوقت تعتبرُ مذهلةً جداً، فكفاءةُ الخلايا الشّمسية (وإن كانت ضمن الظروف المخبرية) تشهدُ تطوراً سريعاً وكبيراً. فبينما كانت الفعالية في عام 2009م حوالي 3٪ وصلت الآن في عام 2016 حتى 22٪، وذلك بالمقارنةِ مع الخلايا الشّمسية الكريستالية المصنوعة من السليكون. ولعلّ هذا السببَ هو الذي وجهَ الحماس على نطاقٍ واسع ٍللبحث في الـ Perovskites".

الخصائص المباشرة وغير المباشرة:

بما أنّ البحثَ حولَ الـ Perovskites ما زالَ في بدايته ولم ينضج بعد، لذلك لا نعتبرُ بأّننا لا نعرفُ إلا القليلَ جداً حول خصائصه الأساسية. فضمن المنشورِ في مجلة Nature Materials، وضَّحت المرشحةُ لدرجة الدكتوراه Eline Hutter وبالمشاركةِ مع زملائِها كيف يمكنُ للـ Perovskites أن تعملَ كموادَّ للخلايا الشمسية.

فقد ظهرَ بشكلٍ تجريبي أن Perovskites (في حالةِ ميثلامونيوم الرصاص الميودن) تجمعُ الخصائصَ الجيدةَ لما يُسمى بأنصافِ النواقل المباشرة، مثل زرنيخ الغاليوم GaAs، وتلك من أنصافِ النواقلِ غير المباشرة مثل السيليكون. حيثُ يتمّ تكوينُ حواملِ الشّحنةِ في perovskites عن طريقِ إثارة الإلكترونات بواسطة ضوءِ الشمس، على غرار الإثارةِ الحاصلةِ في موادَّ أنصافِ النواقلِ لزرنيخ الغاليوم GaAs. أما المفهومُ المعاكسُ لإثارةِ الإلكترونات هو إعادةُ تركيبِ هذه الشحناتِ، وهي عمليةٌ يجبُ تقليلُها في عملِ الخلايا الشّمسية. ففي الـ Perovskites اتّضحَ أنّ عمليةَ إعادة ِتركيبِ الإلكترونات تحدثُ بشكلٍ غير مباشر، وتتمّ بشكلٍ بطيء، وهذا ما يحدُثُ في السيليكون. وبالتالي فإنّ الدمجَ بين خصائصِ أنصافِ النواقل المباشرة كزرنيخ الغاليوم وغير المباشرة كالسيليكون تعتبرُ ملائمةً جداً في عمل الخلايا الشمسية.

المساوئ:

يُقّرُ Savenije بوجودِ عقباتٍ محددةٍ يجبُ التغلبُ عليها قبل اعتماد Perovskite في صناعة الخلايا الشّمسية على نطاق واسع. يُشكّلُ احتواءُ المادةِ على الرصاصِ أحدَ المساوئ والعيوبِ وإن كانت بكمياتٍ صغيرةٍ، ولا تقتصرُ العيوبُ على ذلك، فتقادمُ المادةِ بسبب الرطوبة تُشكّلُ العقبةَ الثانيةَ الهمةَ فيما يتعلقُ بـ Perovskite. ونظراً للمزايا المحتملة الكبيرة لـ Pervoskite، تعملُ العديدُ من الفرقِ البحثيّة بجدّ في جميعِ أنحاءِ العالمِ لحلّ هذه العقبات.

وحتى يتمكنُ الباحثونَ من التغلب على هذه العيوب والمساوئ، تعتبر الـ Pervoskite ثورةً في استثمار الطّاقةِ الشّمسية وبالتالي ستشكلُ إضافةً نوعيةً للطاقة الخضراء، والتي لا بُدّ من أن تُتوجَ بالتطبيقات الكبيرة لها. ولعلّ اكتشافَ هذه المادة سيفتحُ المجالَ لمزيدٍ من الجهودِ للبحث عن موادَّ أخرى بصفاتٍ أفضل حتى نصلَ ربما لكفاءة 100٪.

المصدر :

هنا