ثورة في الطاقة الشمسية: جامعة كيمنتس للتكنولوجيا تبحث عن الخلايا العضوية!

ثورة في الطاقة الشمسية: جامعة كيمنتس للتكنولوجيا تبحث عن الخلايا العضوية!

اكتسبت الأبحاث المتعلقة بالخلايا الشمسية العضوية زخماً في السنوات الأخيرة، خاصة في جامعة كيمنتس للتكنولوجيا، حيث يعمل فريق بقيادة البروفيسور الدكتور كارستن ديبل بشكل مكثف على زيادة كفاءة هذه التقنيات. ينصب التركيز هنا على فهم ناقلات الشحن البطيئة، المسؤولة عن مقاومة النقل الكبيرة. تؤثر هذه الظاهرة على كل من عامل الامتلاء والأداء العام للخلايا الشمسية. ويتم نشر نتائج هذا البحث في مجلات مشهورة مثل "Reports on Progress in Physics" و"Advanced Energy Materials" لتزويد المجتمع العلمي برؤى جديدة.

ويشكل التعاون متعدد التخصصات جزءًا أساسيًا من هذا التقدم. كجزء من مجموعة أبحاث DFG "الخلايا الكهروضوئية العضوية المطبوعة والمستقرة مع متقبلات غير الفوليرين - POPULAR"، عمل خبراء من عدة جامعات ألمانية وبريطانية على مشاريع تم تمويلها بحوالي خمسة ملايين يورو. الهدف من هذه المجموعة هو تحسين وتحسين الخلايا الشمسية العضوية للإنتاج الضخم.

دور الخلايا الشمسية العضوية

توفر الخلايا الشمسية العضوية، التي تتكون من مواد كيميائية عضوية موحدة، وخاصة المركبات الهيدروكربونية مثل البلاستيك، العديد من المزايا مقارنة بالتقنيات التقليدية. اعتبارًا من أغسطس 2018، بلغت كفاءتها 17.3%، وهي أقل من كفاءة الخلايا الشمسية غير العضوية، ولكنها تتميز بسبب عمليات التصنيع الفعالة من حيث التكلفة والمتعددة الاستخدامات. تم تطوير الخلايا الشمسية العضوية الأولى بواسطة تشينغ دبليو تانغ في عام 1985 وما زالت تعتمد على البوليمرات المترافقة والفوليرين في طبقاتها.

أحد التحديات الرئيسية هو الحركة البطيئة لحاملات التحميل. يمكن التحايل على هذه المشكلات باستخدام نظام المانحين والمتقبلين الذي يتيح النقل السريع للشحنة. يتم ترسيب الطبقة النشطة من هذه الخلايا على قطب كهربائي شفاف وموصل يزيد من امتصاص الضوء، بينما يجمع القطب المعدني حاملات الشحنة المجمعة على الجانب الآخر من الطبقة.

الابتكارات والتحديات

بالإضافة إلى الأبحاث في جامعة كيمنتس للتكنولوجيا، تسعى مؤسسات مثل هذه إلى تحقيق ذلك معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية أساليب مبتكرة لإنتاج الخلايا الشمسية العضوية. إنهم يعملون على مواد أرخص وأكثر صداقة للبيئة وبأسعار معقولة للاستخدام التجاري. إن تطوير خلايا شفافة مرنة وخفيفة الوزن يمكن أن يفتح مجالات تطبيق رائدة، على سبيل المثال كحلول متكاملة في أنظمة النوافذ أو أفلام الحماية الزراعية التي توفر الحماية وتساهم في توليد الطاقة.

على الرغم من أن الخلايا الكهروضوئية العضوية قد أحرزت تقدمًا في السنوات الأخيرة، إلا أن الاستقرار على المدى الطويل يظل أحد العقبات الرئيسية أمام اختراقها التجاري. تم تأسيس شركات مثل Heliatek لجلب هذه التقنيات إلى الإنتاج الضخم، ولكن لا تزال هناك حاجة إلى تطوير لتحسين عمر وكفاءة هذه الخلايا في ضوء الشمس. إن خلق بيئة سوقية مستقرة للخلايا الشمسية العضوية لا يتطلب تحسينات تكنولوجية فحسب، بل يتطلب أيضًا استراتيجيات اقتصادية لخفض التكاليف.

تظهر التطورات الحالية أن الحيوية وروح الابتكار في مجال الطاقة الشمسية العضوية أصبحت ذات أهمية متزايدة. وتسعى المشاريع والشركات البحثية جاهدة للتغلب على التحديات وبالتالي تحقيق مزايا هذه التكنولوجيا للتطبيق على نطاق أوسع.