ثورة في الطاقة الشمسية: خلايا البيروفسكايت للمستقبل!

ثورة في الطاقة الشمسية: خلايا البيروفسكايت للمستقبل!

تكتسب الأبحاث المتعلقة بمواد جديدة للخلايا الكهروضوئية زخماً. تعتبر البيروفسكايت، والتي تعتبر بديلاً فعالاً من حيث التكلفة للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون الكلاسيكية، واعدة بشكل خاص. تأتي هذه النتائج من باحثين في جامعة فريدريش ألكسندر إيرلانغن-نورمبرغ (FAU)، الذين يعملون بشكل مكثف على تدفق الكهرباء في مواد البيروفسكايت في حرم الطاقة في نورمبرغ (EnCN). تتمتع خلايا البيروفسكايت بالقدرة على إحداث ثورة في الطاقة الشمسية.

تتمتع خلايا البيروفسكايت الشمسية بالعديد من المزايا. وإنتاجها أرخص مقارنة بالخلايا الشمسية التقليدية، التي تعتمد على أشباه الموصلات المصنوعة من السيليكون كثيفة الاستهلاك للطاقة. كما أنها تحقق كفاءة عالية تزيد عن 26 بالمائة وتظهر قدرة عالية على تحمل العيوب. تتيح لهم هذه الخاصية الاحتفاظ بخصائصهم الإلكترونية الضوئية حتى في حالة وجود عيوب في البنية البلورية. ومع ذلك، فإن استخدام الرصاص كمكون في هذه الخلايا يعد أيضًا عيبًا واضحًا لأنه يشكل مخاطر بيئية وصحية.

بحث حول الاستقرار على المدى الطويل

الموضوع الرئيسي للبحث الحالي هو الاستقرار طويل المدى لخلايا البيروفسكايت الشمسية. أجرى فريق دولي بقيادة البروفيسور أنطونيو أباتي دراسة لبحث تأثير دورات درجات الحرارة القصوى على هذه المواد. تضمن الجزء التجريبي من الدراسة اختلافات في درجات الحرارة بين -150 درجة مئوية و+150 درجة مئوية، والتي تحاكي سلوك البنى المجهرية والتفاعلات بين طبقات الخلايا في ظل الظروف القاسية. تم نشر النتائج مؤخرًا في مجلة Nature Reviews Materials.

ووجد الباحثون أن الإجهاد الحراري يلعب دورًا حاسمًا في تحلل البيروفسكايت الهاليد المعدني. ويمكن لهذه الخلايا تحقيق كفاءة تصل إلى 27%، على الرغم من أن استقرارها على المدى الطويل في الاستخدام الخارجي يعتبر موضع شك. يجب أن توفر وحدات الطاقة الشمسية بشكل مثالي عوائد مستقرة لمدة تتراوح بين 20 إلى 30 عامًا على الأقل لتكون مجدية اقتصاديًا.

الخطوات المطلوبة للتحسين

من أجل تحسين الاستقرار في ظل الظروف الحقيقية، يقوم باحثو FAU بتطوير معايير لتحمل العيوب في توصيلات أشباه الموصلات. يمكن تحسين عملية تصنيع خلايا البيروفسكايت من خلال تحسين الجودة البلورية بالإضافة إلى الطبقات العازلة المناسبة. تعد بروتوكولات الاختبار الموحدة لتحديد الاستقرار أثناء التغيرات في درجات الحرارة ضرورية أيضًا لفهم تحديات الاستخدام الخارجي بشكل أفضل.

باختصار، تقدم الأبحاث التي أجريت على البيروفسكايت منظورًا واعدًا للخلايا الشمسية منخفضة التكلفة وطويلة الأمد التي يمكن تكييفها بسهولة أكبر مع التطبيقات المختلفة. على الرغم من التحديات، لا سيما فيما يتعلق بالاستقرار على المدى الطويل ومحتوى الرصاص، فإن التطوير الإضافي المستهدف لهذه التقنيات يمكن أن يكون حاسمًا للاتجاه المستقبلي للخلايا الكهروضوئية. يعمل باحثو جامعة FAU على وضع تنبؤات موثوقة للمواد الصديقة للبيئة من أجل إيجاد حلول طويلة المدى.