مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

باحثون يبتكرون خلايا سيليكون رقيقة لخفض تكلفة الألواح الشمسية

0 86

انخفضت تكاليف الألواح الشمسية على مدار السنوات القليلة الماضية؛ ما أدى إلى ارتفاع معدلات المنشآت الشمسية أكثر بكثير مما توقع معظم المحللين. ولكن نظرًا لأن معظم المجالات المحتملة لتوفير التكاليف دفعت بالفعل إلى أقصى الحدود، فإن المزيد من تخفيض التكاليف أصبح أكثر صعوبة.

الآن، حدد الباحثون في “معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا” وفي المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) طريقًا جديدة لخفض التكاليف أكثر، هذه المرة من خلال تقليص خلايا السيليكون نفسها.

وتم استكشاف خلايا السيليكون الرقيقة من قبل، خاصة قبل حوالي عشرة أعوام عندما بلغت تكلفة السيليكون ذروتها بسبب نقص الإمدادات. لكن هذا النهج عانى من بعض الصعوبات؛ حيث كانت رقائق السليكون هشة للغاية، الأمر الذي أدى إلى مستويات غير مقبولة من الخسائر أثناء عملية التصنيع، كما كان مستوى كفاءتها أقل.

من ناحية أخرى، يقول الباحثون إن هناك الآن طرقًا للبدء في مواجهة هذه التحديات؛ من خلال استخدام معدات معالجة أفضل وبعض التطورات الحديثة في هندسة الخلايا الشمسية. ويصف أحد الباحثين نهجه بأنه “اقتصادي تقني”، مشددًا على أن الاعتبارات الاقتصادية في هذه المرحلة حاسمة مثل الاعتبارات التكنولوجية في تحقيق مزيد من التحسينات في القدرة على تحمل تكلفة الألواح الشمسية.

ويقول الباحثون إن 90% من الألواح الشمسية في العالم مصنوعة حاليًا من السيليكون البلوري، وتستمر الصناعة في النمو بمعدل 30% سنويًا. وتمثل خلايا السيليكون الكهروضوئية اليوم، قلب هذه الألواح الشمسية، فهي عبارة عن رقائق من السيليكون يبلغ سُمكها 160 ميكرون. ولكن مع أساليب معالجة محسّنة، يقترح الباحثون أن السُمك يمكن أن يصل إلى 100 ميكرومتر، وفي النهاية أقل من 40 ميكرومتر أو أقل، الأمر الذي لا يتطلب سوى ربع كمية السيليكون لحجم معين من لوحة.

ولن يقلل ذلك الاستخدام من تكلفة اللوحات الفردية فقط، بل سيسمح أيضًا بالتوسع السريع في قدرة تصنيع الألواح الشمسية؛ وذلك لأن التوسع يمكن أن يكون مقيدًا بالقيود المفروضة على مدى سرعة بناء مصانع جديدة لإنتاج سبائك السليكون التي يتم استخدامها بعد ذلك لصنع الرقائق.

هذه المصانع، المنفصلة عمومًا عن مصانع تصنيع الخلايا الشمسية نفسها، تميل إلى أن تكون كثيفة الاستخدام لرأس المال وتستهلك وقتًا طويلًا، ما قد يؤدي إلى اختناق في معدل توسع إنتاج الألواح الشمسية؛ لذا يقول الباحثون إن تقليل سُمك الرقاقة يمكن أن يخفف من هذه المشكلة.

ويقول الباحث “ليو”:”إن التغيير في مصانع تصنيع الألواح الضخمة للتكيف مع الرقائق الرفيعة سيكون عملية تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة، لكن التحليل يوضح أن الفوائد يمكن أن تفوق التكاليف بكثير.الأمر سيستغرق بعض الوقت لتطوير المعدات والإجراءات اللازمة للسماح بالمواد الأرق، ولكن مع التكنولوجيا الحالية، يجب أن يكون من السهل نسبيًا النزول إلى 100 ميكرومتر، وهو ما سيوفر بالفعل بعض الوقت والتكلفة، كما يمكن أن تساعد التحسينات الإضافية في التكنولوجيا، مثل الكشف الأفضل عن الشقوق الصغيرة”.

ويضيف “ليو”: “تلقى تطوير السيليكون الرقيق القليل من الاهتمام في السنوات الأخيرة، لأن سعر السيليكون انخفض بشكل كبير. ولكن بسبب تخفيضات التكلفة التي حدثت بالفعل في كفاءة الخلايا الشمسية وأجزاء أخرى من عملية تصنيع الألواح الشمسية وسلسلة التوريد، فإن تكلفة السيليكون تعد مرة أخرى عاملًا يمكن أن يحدث فرقًا”.

إن الغرض من هذه الدراسة، هو توفير خريطة طريق لأولئك الذين قد يخططون للتوسع في تقنيات تصنيع الطاقة الشمسية. وما قد يكون مطلوبًا هو أن يتعاون اللاعبون الرئيسيون المختلفون في الصناعة ويضعوا مجموعة محددة من الخطوات إلى الأمام والمعايير المتفق عليها، كما فعلت صناعة الدوائر المتكاملة في وقت مبكر لتمكين النمو الهائل لتلك الصناعة.

ويقول “أندريه أوجوستو”؛ عالم أبحاث مشارك في جامعة ولاية أريزونا “إن تكرير صناعة السيليكون والرقاقة هو الجزء الأكبر من النفقات الرأسمالية (رأس المال) الذي يطالب بعملية تصنيع الألواح الشمسية. ولكن سيؤدي حل المشكلة إلى تصنيع المزيد من الرقائق لكل جهاز دون زيادة الحد الأقصى للرأس”، مضيفًا أن الرقائق الرقيقة قد توفر مزايا أداء في مناخات معينة، ما يؤدي إلى أداءً أفضل في الظروف الدافئة.

ويؤكد “غريغوري ويلسون”؛  المحلل في مجال الطاقة المتجددة، والذي يعمل بشركة “غريغوري ويلسون للاستشارات”، “إن تأثير تقليل كمية السيليكون المستخدم في الخلايا السائدة سيكون مهمًا للغاية، كما تشير الورقة. ويُعد المكسب الأكثر وضوحًا هو المبلغ الإجمالي لرأس المال المطلوب لتوسيع صناعة الكهروضوئية إلى نطاق متعدد يمكن استخدامه لحل مشكلة تغير المناخ، وهناك فائدة أخرى وهي حل مشكلة  كمية الطاقة اللازمة لإنتاج الألواح الكهروضوئية السيليكون، وذلك لأن عمليات إنتاج البولي سيليكون ونمو السبيكة اللازمة لإنتاج خلايا عالية الكفاءة تستهلك الكثير من الطاقة”.

ويضيف “ويلسون”: “على الشركات المصنعة للخلايا الكهروضوئية والوحدات الرئيسية أن تستمع إلى مجموعات موثوق بها مثل البروفيسور “بوناسيزي” في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا؛ حيث إنهم سوف يقومون بهذا التحول عندما يرون بوضوح الفوائد الاقتصادية”.


المصدر: MIT News:For cheaper solar cells, thinner really is better


بعد قراءة الموضوع يمكنك معرفة المزيد عن الكلمات الآتية:


5G Apple Google Huawei iPhone آبل أبل أمازون أمن المعلومات أندرويد إيلون ماسك الأمن السيبراني التطبيقات التكنولوجيا الجيل الخامس الذكاء الاصطناعي السعودية الصين العمل عن بعد المدن الذكية الهاتف المحمول الهواتف الذكية تطبيق تطبيقات تقنية تويتر تيسلا جوجل روبوت سامسونج سيارات سيارة سيارة كهرباء شخصية تكنولوجية فيروس فيروس كورونا فيروس كورونا الجديد فيس بوك فيسبوك كورونا كوفيد-19 مايكروسوفت ناسا هواوي واتساب


اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.