تحظى خلايا البيروفسكايت الشمسية بابتكارات بارزة من أجل تحسين أدائها وتعزيز فاعليتها، في ظل التوجه المتزايد نحو الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة.
ووفق تحديثات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، طوّر علماء من جامعة تايوانية نوعًا جديدًا من الألواح الشمسية يُمكنه توليد الكهرباء من الضوء الخافت؛ ما يُتيح إمكان توليد الكهرباء داخل المنزل.
واستعمل باحثون إيطاليون مُركّزات دقيقة توضع فوق خلايا شمسية مصنوعة من البيروفسكايت؛ ما يقلل من كمية الرصاص مع الحفاظ على كفاءة عالية لتحويل الطاقة.
كما اختبر فريق بحثي إيطالي آخر أداء خلايا البيروفسكايت الشمسية شبه الشفافة ذات فجوة النطاق العريض في بيئات تحت الماء، وأثبت تحقيق كفاءة أعلى في تحويل الطاقة على عمق يتراوح بين 0.5 و1 سنتيمتر بفضل معامل انكسار الماء.
ابتكارات خلايا البيروفسكايت الشمسية في 2025
1- توليد الكهرباء في الضوء الخافت
طوّر علماء من جامعة يانغ مينغ تشياو تونغ الوطنية في تايوان نوعًا جديدًا من خلايا البيروفسكايت الشمسية القادرة على إنتاج الكهرباء حتى في البيئات منخفضة الإضاءة، مثل المكاتب.
وتستطيع هذه الخلايا الشمسية المبتكرة تحويل الإضاءة الداخلية إلى طاقة كهربائية بكفاءة، ما قد يُحدث نقلة نوعية في نشر الطاقة الشمسية في البيئات الداخلية.
ووفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة، تُقدم خلايا البيروفسكايت الشمسية الجديدة (PeSCs) حلًا ضروريًا لمحدودية تقنيات الطاقة الشمسية التقليدية؛ فبينما كانت الألواح الشمسية أساسيةً لتوليد الكهرباء في الهواء الطلق، كان استعمالها في الأماكن المغلقة محدودًا بسبب انخفاض مستويات الضوء الطبيعي.
ومع ذلك، يُمهِّد هذا التطور الجديد الطريق للخلايا الشمسية للعمل حتى في الإضاءة الخافتة؛ ما يجعلها مناسبةً للاستعمال في المباني والمنازل وغيرهما من الأماكن الداخلية.
ويُسلط بحث الفريق الضوء على كفاءة تحويل الطاقة (PCE) المذهلة لخلايا البيروفسكايت الشمسية الخاصة بهم؛ إذ حققت الخلايا المطورة حديثًا كفاءة ملحوظة بلغت 38.7%، في حين أن كفاءة الطاقة القصوى لخلايا السيليكون الشمسية القياسية تبلغ نحو 26%.
وحُقِّق هذا الإنجاز من خلال تعديل فجوة النطاق لمادة البيروفسكايت المستعملة في الخلايا الشمسية؛ إذ تحدد فجوات النطاق الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للإلكترونات للانتقال إلى مستويات طاقة أعلى.
ومن خلال تعديل التركيب الجزيئي للبيروفسكايت، طوّر العلماء فجوة نطاق تُمكّن الخلايا من امتصاص وتحويل الضوء الداخلي، وهو إنجاز لا يمكن تحقيقه باستعمال خلايا السيليكون الشمسية التقليدية، بحسب ما نقلته منصة "سولار فيجن" (Solar Vision).
2- مُركّزات دقيقة مع تقنية الليزر
أدخل باحثون من جامعة جنوة وجامعة روما تور فيرغاتا بإيطاليا، مُركّزات دقيقة -إستراتيجية بديلة لإدارة الضوء- وتقنيات النمذجة بالليزر، ليتوصلوا إلى نتائج إيجابية في خلايا صغيرة المساحة بأبعاد 2.5 سنتيمترًا × 2.5 سنتيمترًا.
كانت الفكرة الأصلية للمشروع، الذي يستمر حتى نهاية العام الجاري (2025)، هي استعمال خلايا شمسية صغيرة المساحة من البيروفسكايت، وتقنية مُركز العدسات الدقيقة.
إلا أن صعوبات تصنيع العدسات أجبرت الفريق على التحول إلى مصفوفات العدسات الكبيرة والركائز المُصممة بتقنية الليزر.
ووفق المعلومات، التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، ابتكر الفريق مُركزات دقيقة، وهي عدسات صغيرة مُدمجة مزدوجة المحدبة بقطر 5 سنتيمترات تُركز ضوء الشمس على منطقة صغيرة من الخلايا النشطة، وتُوضع فوق الخلايا الشمسية على بُعد 5 سنتيمترات و10 سنتيمترات من بعضها بعضًا.
وأوضحت قائدة المشروع البحثي شيفا نافازاني، أن هذا النظام يزيد من شدة الضوء الساقط على الطبقة الكهروضوئية النشطة؛ ما يُعزز الكفاءة بشكل كبير، كما أنه لا يحتاج إلى كمية كبيرة من المادة الضوئية النشطة؛ ما يُقلل بشكل كبير من كمية الرصاص في الجهاز.
واستعمل الفريق عملية النمذجة بالليزر مع البيروفسكايت على ركائز من الزجاج/أكسيد قصدير الإنديوم (ITO)، بحسب ما نقلته مجلة "بي في ماغازين" (PV Magazine).
وفي هذه الحالة، استعملوا الكتابة المباشرة بالليزر بيكو ثانية (PS)، وهو ليزر نبضي فائق القصر ينبعث بمدة بيكو ثانية لإنتاج خصائص عالية الدقة وإجهاد حراري منخفض.
وصرحت نافازاني قائلة: "إن هيكل النمذجة بالليزر يُمكّن الخلية من تحمل الإجهاد الحراري والتأثيرات الأخرى بشكل أفضل تحت الضوء المُركز".
3- خلايا البيروفسكايت الشمسية تحت الماء
اختبر فريق بحثي في إيطاليا أداء خلايا البيروفسكايت الشمسية شبه الشفافة ذات فجوة النطاق العريض في بيئات تحت الماء، ووجد أن هذه الخلايا تحقق كفاءة أعلى في تحويل الطاقة على عمق يتراوح بين 0.5 و1 سنتيمتر بفضل معامل انكسار الماء.
وصرحت الباحثة المشاركة في البحث جيسيكا باريكيلو: "تكمن ميزة عملنا في عملية داخلية بالكامل تشمل تصنيع خلايا البيروفسكايت الشمسية، واختبار التغليف عبر اختبارات تسرب الرصاص، والغمر الفعلي لخلايا البيروفسكايت الشمسية في الماء".
وأضافت: "يُعد البيروفسكايت تقليديًا غير مناسب للبيئات الرطبة، وللبيئة المائية التي يسكنها البشر بشكل متزايد، والتي تشهد تطورًا في أنشطة مثل تعتيق النبيذ وزراعة النباتات".
وأوضح الباحثون أن بيئات المياه الجوفية تتطلب ممتصات ضوئية ذات فجوة نطاق واسعة تتراوح بين 2 و2.3 إلكترون فولت، مثل تلك المستعملة في خلايا البيروفسكايت الشمسية، في حين تتميز معظم ممتصات السيليكون المتوافرة تجاريًا بفجوة نطاق ضيقة تبلغ 1.11 إلكترون فولت.
كما أكدوا أن البيروفسكايت عرضة للتحلل السريع للغشاء الخارجي عند تعرضه للرطوبة.
لحل هذه المشكلة، استعمل الأكاديميون عملية تغليف "متينة" لبناء خلية شمسية تعتمد على ممتص مصنوع من مادة البيروفسكايت، والتي تتميز بفجوة نطاق طاقة تبلغ 2.3 إلكترون فولت، وفق المعلومات التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
وغُلِّفت الخلية بمادة لاصقة من بولي إيزوبوتيلين (PIB)، تُستعمل عادةً في خلايا البيروفسكايت الشمسية؛ وحققت الخلايا الشمسية كفاءةً بلغت نحو 6.79% في ظل ظروف الإضاءة القياسية.
واختبر الفريق أداء الخلايا بغمرها في خزان مائي، للمرة الأولى لمدة 24 ساعة، والثانية لمدة 120 ساعة؛ إذ وُضعت الخلايا على 3 أعماق: 0.5 سنتيمترًا تحت سطح الماء، و3 سنتيمترات تحته، و6 سنتيمترات.
وبناءً على نتائج تجارب ومحاكاة أخرى، اختتم العلماء عملهم بالقول إنه من المحتمل استعمال الخلايا القائمة على البيروفسكايت في المستقبل لتشغيل أجهزة إنترنت الأشياء تحت الماء (IoUT) منخفضة الطاقة على عمق يصل إلى 10 أمتار، بحسب ما نقلته مجلة "بي في ماغازين".
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصادر:
- خلايا البيروفسكايت الشمسية تولد الكهرباء من الضوء الخافت من منصة "سولار فيجن".
- استعمال مُركّزات دقيقة على خلايا البيروفسكايت الشمسية من مجلة "بي في ماغازين".
- اختبار خلايا البيروفسكايت الشمسية في بيئات تحت الماء من مجلة "بي في ماغازين".
){kind=link}