نجح باحثون في الجامعة العبرية في تحسين وظيفة الخلايا الشمسية

البروفوسكايت، وهي مادة شبه موصلة اكتشفها مؤخرًا البروفيسور ليوز إتجار وفريقه من الجامعة العبرية باعتبارها فعالة جدًا في امتصاص ضوء الشمس، والتي قد يؤدي تحسينها إلى تغييرات جذرية في الاستخدام العالمي للطاقة الشمسية، تتحول الآن إلى لتكون مادة يمكن استبدالها في الخلايا الشمسية دون انتظار تكسرها أو تدميرها وبالتالي الإضرار بالبيئة

تعتبر الطاقة الشمسية اتجاها أخضر وغير ملوث، وتسمح بأقصى استفادة نسبيا من طاقة الشمس، وهي متوفرة في كل مكان ولا تحتاج إلى نقل من مكان إلى آخر - ولكن رغم ذلك لا يزال السؤال مطروحا، هل الخلايا الشمسية لديها فقط تأثير إيجابي على البيئة؟ ومن المعروف اليوم أنه بعد انتهاء عمر الخلية الشمسية، فإن المواد التي تتكون منها قد تتحلل وتسبب التلوث البيئي. البروفيسور ليوز إتجار من معهد الكيمياء في كلية الرياضيات والعلوم الطبيعية في الجامعة العبرية أدرك التحديوفي مختبره تم تطوير الخلايا الشمسية التي اكتشف أنها قادرة على ركوب الدراجات. إن البنية الفريدة لهذه الخلايا تمنحها ثباتًا يسمح بغسلها وإزالة مادة البيروفسكايت النشطة منها ووضع مادة جديدة جديدة مكانها. ووجد الباحثون أن كفاءة الخلايا يتم الحفاظ عليها بشكل كامل حتى بعد تطبيق البيروفسكايت الجديد للمرة الثانية والثالثة، وكذلك بعد عدة دورات إضافية.

إن اكتشاف البروفيسور إتجار، الموصوف بالتفصيل في PNAS، الجريدة الرسمية للأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة، يجعل من الممكن استبدال البيروفسكايت بشكل استباقي في الخلية الشمسية، دون انتظار تدميره أو تفككه. "فكر، على سبيل المثال، في سقف مغطى بالخلايا الشمسية أو حقل من الخلايا الشمسية - بعد فترة زمنية معينة، عندما تنخفض فائدة الخلايا، سيكون من الممكن غسلها من مادة البيروفسكايت، بينما الباقي من نمط الخلية يبقى ولا يتضرر. وفي الخطوة التالية، يمكن تطبيق البيروفسكايت الجديد على الخلايا الموجودة. وأوضح الباحث هذا الأسبوع أن هذه عملية بسيطة وفعالة ورخيصة وبالطبع لا تضر بالبيئة.

وجاء في المقال العلمي أن هناك ميزة بارزة لهذه الخلايا الشمسية وهي القدرة على طباعة الخلايا بالكامل باستخدام طريقة تسمى طباعة الشاشة، والتي تسمح بإنشاء ألواح شمسية كبيرة وموحدة وتقليل تكلفتها. ميزة أخرى هي كفاءتها العالية التي تميز خلايا البيروفسكايت وثباتها الجيد جدًا بسبب البنية المكونة من شبكة من المعادن المؤكسدة المعروفة بثباتها الممتاز. 

لعبت الطاقات المتجددة في الآونة الأخيرة دوراً مركزياً في تقدم البشرية، بما في ذلك الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. وفي مجال الطاقة الشمسية، وصلت الخلايا الشمسية المعتمدة على البيروفسكايت إلى كفاءة عالية خلال سنوات قليلة فقط، مما يضع هذه التكنولوجيا في الريادة بين تقنيات الطاقة الشمسية الحالية. والبيروفسكايت مادة حساسة للضوء، ومن خلال تعريضها لأشعة الشمس يمكن أن تنتج شحنات يمكن إنتاج الكهرباء منها. هذه المادة سهلة التحضير، ولها خصائص توصيل ممتازة وامتصاص واسع للضوء. الباحثون مقتنعون بأن هذه التكنولوجيا الفريدة يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات، بما في ذلك الخلايا شبه الشفافة والخلايا التي يمكن استخدامها كخلايا مكملة للتقنيات الحالية مثل الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون.

في الدراسة السابقة، نشرت في المجلة العلمية رسائل النانوقامت المجموعة البحثية للبروفيسور إتجار بتصنيع البيروفسكايت ثنائي الأبعاد لأول مرة. يعتبر البيروفسكايت ثنائي الأبعاد أكثر استقرارًا من البيروفسكايت المستخدم حتى الآن في الخلايا الشمسية. إن مسألة استقرار الخلايا الشمسية أمر في غاية الأهمية، من أجل تسويق هذه التكنولوجيا تجاريا. وفي المختبر، تمكن الباحثون من دمج المسبار ثنائي الأبعاد في الخلية الشمسية، ونتيجة لذلك تم الحصول على كفاءة عالية للخلايا، وتحسن استقرارها، وانخفضت تكلفتها الإجمالية بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، وربما الأهم من ذلك، أنها كانت فعالة جدًا في امتصاص طاقة الشمس - الطاقة التي لا يتم استخدامها بطريقة فعالة ومفيدة اليوم. في الواقع، هناك فجوة كبيرة بين الاستخدام الحالي للطاقة الشمسية وإمكاناتها غير المستخدمة.

للمادة العلمية