كفاءة حصد الطاقة الشمسية بالخلايا الترادفية

لكن مؤخرًا، تمكَّن ستيفان دي وولف وزملاؤه بجامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية في السعودية، بالتعاون مع إدوارد سارجنت وزملائه بجامعة تورونتو في كندا، من ابتكار خلايا شمسية ترادفية مستقرة، تتسم بدرجةٍ عالية من الكفاءة. يمزج تصميم الباحثين بين السيليكون والبيروفسكايت، الذي هو عبارة عن مادة هاليدية معدنية تتكون من موادَّ عضوية وغير عضوية، ولها خصائص مفيدة للغاية في تطوير الخلايا الشمسية.

تنزع أشباه الموصلات المختلفة إلى امتصاص أطوالٍ موجية مختلفة من ضوء الشمس، وهذا يحد من كمية الطاقة التي يمكن للخلايا الشمسية توليدها باستخدام مادة واحدة شبه موصلة. لكنَّ الخلايا الشمسية الترادفية لا تستخدم مادةً واحدة، بل أكثر، كي تزيد الحد الأقصى للطاقة التي يمكنها أن تنتجها.

ويقول دي وولف: "في تصميمنا اثنتان من المواد شبه الموصلة، عبارة عن سيليكون خشن مغطى بطبقة من "حبر" البيروفسكايت، وهذا يُحسِّن من فاعلية تحويل الطاقة الشمسية. وخلافًا للسيليكون، فإنَّ بلورات البيروفسكايت يمكن مزجها مع السوائل، لإنتاج حبرٍ قابل للطباعة على أي سطح".

تتسم خلايا السيليكون التقليدية بأسطح خشنة، نتيجة وجود أشكالٍ هرمية دقيقة يُقاس حجمها بالميكرومتر. وهذا النمط الخشن يقلل انعكاس الضوء من على السطح، وبالتالي يزيد امتصاصه.

ويوضح دي وولف: "أردنا الحفاظ على هذه الميزة. فبينما كان تصنيع الخلايا السابقة المكونة من مادتي البيروفسكايت والسيليكون يحتاج إلى قاعدةٍ سيليكونية ملساء، تمكنَّا هذه المرة من طباعة طبقة من حبر البيروفسكايت على السيليكون الخشن".

في تصميم الباحثين، ولَّدَت بلورات البيروفسكايت الموجودة في "الوديان" الواقعة بين الأشكال الهرمية مجالًا كهربيًّا، ساعد في فصل الإلكترونات المُثارة في السيليكون عن تلك الموجودة في البيروفسكايت. يحسِّن تأثير الفصل هذا من فرص تدفق الإلكترونات في الدائرة الكهربية، بدلًا من انتقالها إلى أجزاءٍ أخرى من الخلية وفقدانها.

وقد حققت هذه الخلية الترادفية كفاءةً بلغت 25.7%، وتُعد هذه النسبة من أعلى معدلات الكفاءة المسجلة لهذا النوع من تقنيات الخلايا الشمسية. وقد ظلت تلك الخلايا مستقرةً تحت درجات حرارة وصلت إلى 85 درجة مئوية لأكثر من 400 ساعة.

وأضاف دي وولف: "سنواصل تحسين الخلايا الترادفية، وقد بدأنا في تقييم فكرة الإنتاج الشامل لخلايانا الشمسية".

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.