قفزة نوعية في كفاءة تحويل الطاقة: خلايا التاندم البيروفسكايتية والسيليكونية تحقق 33.7%
في خطوة جديدة نحو تطوير تكنولوجيا الطاقة الشمسية وتحقيق كفاءة أعلى، تمكن باحثون من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (KAUST) من تحقيق إنجاز علمي مثير. حيث أعلن الفريق البحثي بقيادة البروفيسور ستيفان دي وولف عن الوصول إلى كفاءة تحويل طاقة بنسبة 33.7% لخلايا التاندم المصنوعة من السيليكون والبيروفسكايت، باستخدام مادة مضافة مبتكرة وهي (THTZ-H+)
تكنولوجيا البيروفسكايت والسيليكون: الحل الجديد للطاقة الشمسية
لطالما سعت الأبحاث في مجال الطاقة الشمسية إلى تحسين كفاءة تحويل الطاقة لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة المتجددة. وقد أظهرت الخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون أداءً جيداً، لكنها تصل إلى حدود معينة من الكفاءة. وهنا يأتي دور التكنولوجيا الجديدة لخلايا التاندم، التي تجمع بين البيروفسكايت والسيليكون، مما يتيح استغلال المزيد من أطياف الضوء الشمسي لتحقيق كفاءة أكبر.
أضافت هذه الخلايا بُعدًا جديدًا في تقنيات الطاقة الشمسية، لا سيما بعد أن أظهر استخدام مادة THTZ-H+ تحسنًا كبيرًا في الأداء. وفقًا لتقارير KAUST، هذه المادة عززت بنية الخلايا بشكل ملحوظ، من خلال زيادة الروابط الهيدروجينية داخل البنية البلورية لأفلام البيروفسكايت، مما أدى إلى تحسين كفاءة تحويل الطاقة واستقرار الخلايا تحت ظروف التشغيل القاسية.
نتائج واعدة واستقرار مذهل
حقق فريق KAUST نتائج مذهلة في اختباراتهم المخبرية، حيث أثبتت الخلايا الجديدة المصنوعة من السيليكون والبيروفسكايت والمزودة بـ THTZ-H+ كفاءة عالية وثباتاً طويلاً. تم اختبار الخلايا في بيئة تحاكي الظروف المناخية القاسية لشبه الجزيرة العربية، مثل الإشعاع الشمسي الحاد ودرجات الحرارة العالية، وقد تمكنت من الحفاظ على استقرارها بعد أكثر من 1,500 ساعة من الاختبار المستمر.
تفوقت الخلايا المعالجة بمادة THTZ-H+ على الخلايا التي لم يتم تصنيعها باستخدام هذه المادة، حيث أظهرت استقراراً أفضل وتحملًا أكبر للتعرض للضوء والحرارة لفترات طويلة. تم تصنيع الخلايا بحيث يمكنها العمل بشكل فعال تحت إضاءة 1-sun ودرجة حرارة تصل إلى 85 درجة مئوية، مما يجعلها مثالية للاستخدام في المناطق الحارة مثل الشرق الأوسط.
الطريق إلى التسويق التجاري
على الرغم من هذه النتائج المثيرة، إلا أن الفريق البحثي بقيادة البروفيسور دي وولف يدرك أن الخطوة التالية تتطلب تعاوناً أكبر مع الشركاء الصناعيين. يهدف الباحثون إلى تحويل هذه النتائج من مرحلة المختبر إلى الإنتاج التجاري على نطاق واسع، مما يمكن أن يحقق تحسينات كبيرة في صناعة الطاقة الشمسية، مع خفض تكاليف الإنتاج وزيادة كفاءة التحويل.
وصرح دي وولف قائلاً: “جهودنا في المختبر لخفض الفاقد في الأداء هي خطوات علمية كبيرة، لكن نحتاج إلى شركاء صناعيين لتحويل هذه الاكتشافات إلى تطبيقات واسعة النطاق.” هذا الإنجاز العلمي قد يُحدث ثورة في صناعة الطاقة الشمسية، لكن التعاون مع الصناعة سيكون المفتاح لتحقيق هذا الهدف.
خلاصة البحث والتوجهات المستقبلية
تعد هذه الخلايا الجديدة ذات الكفاءة العالية والاستقرار المتزايد جزءاً من سلسلة من النجاحات التي حققها فريق KAUST. ففي أبريل 2023، أعلن الفريق عن تحقيق كفاءة تحويل طاقة بنسبة 33.2% لخلايا التاندم السيليكونية-البيروفسكايتية.
يطمح الفريق البحثي إلى استغلال هذه التكنولوجيا في تطوير خلايا شمسية تلبي احتياجات العالم المتزايدة من الطاقة المتجددة، مع تحسين الأداء والكفاءة بتكلفة أقل. هذه التكنولوجيا لا تعد مجرد خطوة نحو زيادة كفاءة تحويل الطاقة الشمسية فحسب، بل تمثل فرصة لتوسيع استخدام الطاقة الشمسية في المناطق ذات المناخ الحار مثل دول الخليج.
