طريقة مصرية لتقليل تكلفة إنتاج خلايا البيروفسكايت الشمسية

توصل باحثون مصريون إلى طريقة جديدة لإنتاج "أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران" (MWCNTs)، التي تُعد مكونًا رئيسيًّا في خلايا البيروفسكايت الشمسية.

وتتكون هذه الأنابيب -ذات القُطر الدقيق جدًّا والمصنوعة من الكربون- من عدة طبقات من الجرافين ملفوفة بعضها حول بعض، وتمتاز بخصائص فريدة مثل المرونة العالية، والقوة الفائقة، والتوصيل الكهربائي الممتاز، وتُستخدم هذه الأنابيب في تحسين أداء الخلايا الشمسية بوصفها مواد تعزيزية لرفع كفاءة الخلايا.

وتتطلب طرق تصنيع هذه الأنابيب درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة مئوية، مما يمثل تحديًا كبيرًا يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الإنتاج، ويثير قلقًا بيئيًّا بسبب الاستهلاك المفرط للطاقة.

بالإضافة إلى ذلك، يوجد خطر التلف الحراري، الذي قد يؤثر سلبًا على الخصائص الميكانيكية والكهربائية للأنابيب.

لذا تزايَد الاهتمام بتطوير طرق بديلة لإنتاج أنابيب الكربون النانوية، بما يضمن كفاءةً أعلى في استهلاك الطاقة وأثرًا أقل على البيئة.

لكن الفريق البحثي -التابع لقسم المواد الإلكترونية والمغناطيسية في مركز بحوث وتطوير الفلزات في مصر- طور طريقةً لا تقلل من استهلاك الطاقة في أثناء التصنيع فحسب، بل تقلل أيضًا من تكلفة الإنتاج الإجمالية على نحوٍ فعال، وتم نشر النتائج بدورية "الجمعية الكيميائية الأمريكية".

وتتيح هذه الطريقة -التي حصلت على رقم إيداع براءة اختراع من أكاديمية البحث العلمي والتكنولوجيا- إنتاج أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران عند درجة حرارة تبلغ فقط 250 درجة مئوية، وهو ما يمثل انخفاضًا كبيرًا في درجات الحرارة مقارنةً بالعمليات التقليدية.

استخدم الباحثون ما يُعرف بطريقة "توليف المذيبات الحرارية" (Solvothermal Synthesis) عند درجة حرارة منخفضة، ودمجوا "أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران" في طبقة ناقلة للثقوب ضمن خلايا البيروفسكايت الشمسية، مما أسهم في تحسين أدائها بشكل ملحوظ.

يقول أحمد مرتضى السمان، قائد الفريق البحثي: تبرز نتائج الدراسة الأهمية الكبيرة لتحسين كفاءة خلايا البيروفسكايت، وهي نوع من خلايا الطاقة الشمسية تستخدم مواد البيروفسكايت لتوليد الكهرباء من الضوء الشمسي.

يضيف "السمان" في تصريحات لـ"نيتشر ميدل إيست": بفضل استخدام أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران ضمن طبقة ناقلة للثقوب، تمكنَّا من رفع كفاءة الخلية الشمسية إلى 18.09%، مقارنةً بـ16.51% للخلية القياسية، ما يعزز فاعلية استخدام خلايا البيروفسكايت مصدرًا للطاقة النظيفة والمستدامة.

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