دخلت جهود رفع كفاءة الخلايا الشمسية مرحلةً جديدةً في أعقاب الكشف عن تقنية قادرة على تعزيز الأداء التشغيلي لتلك الأدوات النظيفة التي يُراهَن عليها في تحول الطاقة.
فقد نجحت دراسة شاركت فيها جامعات عالمية عدّة في تطوير تقنية تجريبية جديدة لتعزيز أداء الألواح الشمسية المصنّعة من السيليكون البلوري عبر دمجها بطبقة رقيقة جدًا من مادة بروميد السيزيوم، وفق متابعات منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
ومركب بروميد السيزيوم ورمزه الكيميائي (CsBr) هو ملح أيوني أبيض اللون من عنصري السيزيوم والبروم، ويتّسم بقدرته على الذوبان في الماء والانصهار عند درجة حرارة 636 درجة مئوية.
وتبرهن نتائج الدراسة على أن التغييرات الطفيفة في التصميم من الممكن أن تحدِث فرقًا واسعًا في أداء الطاقة الشمسية، ومن ثم زيادة معدلات توليد الكهرباء النظيفة، بما يكفي لمواكبة الطلب المطّرد.
وتساعد هذه الطبقة الرقيقة من بروميد السيزيوم في ربط مكونات الخلية الشمسية بفعالية أكبر؛ ما يسمح للخلية بتوليد المزيد من الكهرباء عبر التقاطها كميات أكبر من ضوء الشمس.
جهود بحثية من 6 جامعات
نشرت دراسة مشتركة بين 6 جامعات عالمية، من بينها 3 أسترالية، نتائج مهمة تظهِر الكيفية التي يمكن من خلالها أن يسهم المركب الأيوني بروميد السيزيوم بتحسين كفاءة الخلايا الشمسية المصنعة من السيليكون البلوري، وفق ما أورده موقع مجلة "بي في ماغازين".
ووجد الباحثون أن استعمال بروميد السيزيوم بوصفه طبقة بينية يساعد في بناء نقاط تخميل أكثر فعالية.
والتخميل (Passivation) هو مصطلح يُقصَد به عملية كيميائية تجعل سطح المادة -لا سيما المعدن- أكثر مقاومة للتآكل عبر تكوين طبقة واقية خاملة عليه.
وأثبت الباحثون أن استعمال مجموعة متنوعة من الطبقات الرقيقة الأيونية ينتُج عنه بناء اتصال أومي منخفض المقاومة في الخلايا الشمسية.
والاتصال الأومي (Ohmic Contact) هو نوع من التلامس الكهربائي بين معدن وشبه موصل يمتلك مقاومة كهربائية صغيرة جدًا؛ ما يتيح مرور التيار الكهربائي في اتجاهين متساويين دون أيّ انحراف.
يُشار إلى أن فريق البحث ضمَّ علماء من جامعات ملبورن ونيو ساوث ويلز الأستراليتين ومواطنتهما الجامعة الوطنية الأسترالية إلى جانب باحثين من جامعة نانتشانغ هانغكونغ في الصين، وجامعة آيندهوفن للتقنية في هولندا، ومركز هيلمهولتز في برلين في ألمانيا.
أداء استثنائي.. بشرط
أظهرت الدراسة أن مركب بروميد السيزيوم قد أظهر أداءً استثنائيًا، لا سيما عند دمجه مع طبقة سلبية مثل أكسيد التيتانيوم، ورمزه الكيميائي (TiOx).
وقال الباحثون: "بعد التلدين عند درجة حرارة 250 درجة مئوية، تحسّنت جودة تخميل الجهاز، ووظائف الأعمال بدرجة كبيرة".
ويشير مصطلح التلدين (Annealing) إلى عملية معالجة حرارية تُستعمَل في علم المواد لتغيير خصائص المواد، لا سيما المعادن.
وقد استعمِل هذا التركيب المعزز لبناء خلية شمسية تزيد كفاءتها على 19% في حالتها المترسبة، التي زادت إلى 20.5% بعد التلدين، بحسب ما قاله الباحثون، وتابعته منصة الطاقة المتخصصة.
وقالت الدراسة، إن التحسينات المستقبلية من الممكن أن تركّز على تعزيز جودة التخميل للطبقات، واستعمال مواد عاكسة ذات فاعلية أكبر مثل الفضة لتعزيز الأداء البصري.
تحديات وحلول
تواجه نتائج الدراسة تحديًا فيما يتعلق بتصميم نقاط التخميل التقليدية، مثل السيليكون غير المتبلور، والبولي سيليكون، عبر تعزيز كفاءة الأداء التشغيلي.
وفي المقابل، تتيح تقنية السيليكون البلوري الجديدة درجة امتصاص ضوء أكبر، ومن ثم توليد كميات كهرباء أعلى، بحسب ما أكده الباحثون.
وهذا ما ساعد فريق البحث في بناء خلية شمسية تجريبية تدمج طبقة بروميد السيزيوم الجديدة، وحققوا كفاءةً قياسية.
كفاءة أعلى من 20%
قال الباحثون: "نجحنا في تحقيق كفاءة تتجاوز نسبتها 20% في خلية شمسية على نطاق المختبر، وعند دمج الخلايا الشمسية مع أكسيد التيتانيوم وتسخينها إلى 250 درجة مئوية، فإنها حققت كفاءةً كبيرةً لامست نسبتها 20.5%"، وفق تصريحات تابعتها منصة الطاقة المتخصصة.
وتمثّل تلك التقنية تحسّنًا كبيرًا، مقارنًة بتصميمات الخلايا القديمة التي غالبًا ما تهدِر بعض ضوء الشمس، ومن الممكن أن يؤدي هذا الكشف إلى تطوير ألواح شمسية أقوى وأرخص ثمنًا.
ويؤكد الباحثون أن استعمال مواد عاكسة مثل الفضة من الممكن أن يعزز الكفاءة التشغيلية للخلايا الشمسية.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
){kind=link}