مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

ابتكار خلايا شمسية تُحوّل المباني لمحطات طاقة بكفاءة 80%

68

عالم التكنولوجيا     ترجمة 

 

بينما يظل السيليكون ملكًا لكفاءة الألواح الشمسية إلا أنه مادة غير شفافة؛ لذا ابتكر مجموعة من الباحثين، وعلى رأسهم “ستيفن فورست”؛ أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة ميتشيغان بالولايات المتحدة، خلايا شمسية جديدة شفافة يمكن أن تدمج بين كفاءات عالية تصل إلى 80% وعمر تقديري يبلغ 30 عامًا.

– التحدي الأبرز قبل تصميم الخلايا الشمسية الجديدة

 

ابتكار خلايا شمسية تحول المباني إلى محطات طاقة بكفاءة تصل إلى 80% لمدة 30 عام
ابتكار خلايا شمسية تحول المباني إلى محطات طاقة بكفاءة تصل إلى 80% لمدة 30 عامًا

 

كان التحدي الذي واجهه فريق “فورست” هو كيفية منع المواد الفعالة التي تحول  الضوء العضوي من التدهور السريع أثناء الاستخدام.

وتكمن قوة وضعف هذه المواد في الجزيئات التي تنقل الإلكترونات المتولدة ضوئيًا إلى الأقطاب الكهربائية، وهي نقاط الدخول إلى الدائرة التي تستخدم أو تخزن الطاقة الشمسية. وتُعرف هذه المواد أيضًا بأنها “مواد خام للمستقبلات بدون الفوليرين” وتتميز عمومًا عن “مستقبلات الفوليرين” الأكثر قوة ولكن الأقل كفاءة المصنوعة من شبكة الكربون النانوية.

وبينما يمكن للخلايا الشمسية المصنوعة من “مواد خام للمستقبلات بدون الفوليرين” التي تحتوي على الكبريت أن تحقق كفاءات تضاهي السيليكون بنسبة 18%، لكنها لا تدوم طويلًا.

 

– خطوات تصميم الخلايا الشمسية الجديدة

لذلك شرع الباحثون في تغيير ذلك بتجاربهم؛ حيث أظهروا أنه بدون حماية المادة المحولة لضوء الشمس انخفضت الكفاءة إلى أقل من 40% من قيمتها الأولية في غضون 12 أسبوعًا تحت ما يعادل إضاءة شمس واحدة.

ومن خلال دراسة طبيعة التدهور في تلك الخلايا الشمسية غير المحمية أدرك فريق الباحثين أنهم بحاجة فقط إلى الدعم في أماكن قليلة. أولًا: سيحتاجون إلى حجب ضوء الأشعة فوق البنفسجية؛ لذلك أضافوا طبقة من أكسيد الزنك -مكون شائع للوقاية من الشمس- على الجانب المواجه للشمس من الزجاج.

وتساعد طبقة من أكسيد الزنك بجوار منطقة امتصاص الضوء في توصيل الإلكترونات المولدة بالطاقة الشمسية إلى القطب. لسوء الحظ فإنه يكسر أيضًا امتصاص الضوء الهش؛ لذلك أضاف الفريق طبقة من مادة كربونية تسمى IC-SAM كمخزن مؤقت.

بالإضافة إلى ذلك يمكن للإلكترود الذي يسحب “ثقوبًا” موجبة الشحنة -الفراغات التي تفرغها الإلكترونات- إلى الدائرة أن يتفاعل أيضًا مع ممتص الضوء. لحماية هذا الجناح أضافوا طبقة عازلة أخرى عبارة عن فوليرين على شكل كرة قدم، ثم اختبر الفريق دفاعاتهم الجديدة تحت شدة مختلفة من ضوء الشمس المحاكى، من 1 شمس نموذجية إلى ضوء 27 شمس، ودرجات حرارة تصل إلى 150 درجة فهرنهايت.

من خلال دراسة كيفية تدهور الأداء في ظل هذه الظروف؛ استنتج الفريق أن الخلايا الشمسية ستظل تعمل بكفاءة 80% بعد 30 عامًا.

 

– مزايا الخلايا الشمسية الجديدة

ابتكار خلايا شمسية تحول المباني إلى محطات طاقة بكفاءة تصل إلى 80% لمدة 30 عامًا

 

ويقول “ستيفن فورست”: “الطاقة الشمسية هي أرخص أشكال الطاقة التي أنتجتها البشرية على الإطلاق منذ الثورة الصناعية”؛ لذلك يرى “فورست” أن مستقبل هذه الخلايا الشمسية الجديدة على النوافذ سيجعل المبانى تعمل كمحطات طاقة.

وقد قام الفريق بالفعل بزيادة شفافية الوحدة إلى 40%، ويعتقدون أن بإمكانهم التعامل مع 60% من الشفافية.

يذكر أن هذه الدراسة الجديدة -والتي نُشرت في صحيفة Nature Communications العلمية- تم تمويلها من مكتب الأبحاث البحرية ومكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، بالإضافة إلى تعاون شركة Universal Display Corp الحاصلة على ترخيص للعمل. كما ساهم في العمل باحثون إضافيون من جامعات: ولاية كارولينا الشمالية وتيانجين وتشجيانغ في الصين.

 

المصدر:

SOLAR CELLS THAT LAST 30 YEARS COULD TURN BUILDINGS INTO POWER PLANTS

 

اقرأ أيضًا:

مفاجأة.. يمكن استخدام شعر الإنسان لتقوية الخلايا الشمسية

الرابط المختصر :
close

مرحبا 👋

سعداء بالتواصل معكم
قم بالتسجيل ليصلك كل جديد

نحن لا نرسل البريد العشوائي! اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا لمزيد من المعلومات.

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.