وداعاً لخلايا السيلكون والليد.. "بيروفسكايت" يخطف البساط في مجال الخلايا الشمسية

يبدو أن الحماسة تسيطر على الشركات التي تعمل في مجال الخلايا الشمسية، وبخاصة مع اكتشافهم مدى فعالية مواد بيروفسكايت الآخذة في الانتشار.

وبلغت كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية، 25.2٪ في الأعوام السابقة، وهي ليست بعيدة عما وصلت إليه خلايا السيليكون البلورية، فهي الآن 26.7٪، وتشير الأبحاث إلى أن هذا الرقم قد يرتفع أعلى. 

وتتميز خلايا البيروفسكايت انها يمكن ضبطها  لامتصاص ترددات معينة من الضوء ، مما يسمح لطبقات مختلفة من البيروفسكايت بامتصاص ترددات مختلفة وبالتالي أكثر من الخلايا الاخرى التي تعمل نفس العمل، كما يمكن وضعها فوق ألواح السيليكون الموجودة لامتصاص الترددات الإضافية وتعزيز كفاءتها بنسبة 30٪ . 

يمكن للمادة أن تبعث الضوء أيضًا بالنسبة للإضاءة الأرخص والأعلى جودة من مصابيح LED التجارية الحالية(تمثل الإضاءة 5٪ من انبعاثات العالم).

من الجدير بالذكر أن الشوائب والعيوب في الخلايا لها تأثير ضئيل على الأداء ، فيمكن على ضوءها إعادة كتابة الكتاب المدرسي، ولكن حذرت شركة  Stranks من أن أحد التحديات الرئيسية المتبقية هو استقرار البيروفسكايت على المدى الطويل، لكن عددًا من الشركات بدأت في تسويق الإنتاج  تصل تكنولوجيا الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحالية ويبدو انها رخيصة جدا ولكن تستطيع تكنولوجيا اخرى منافستها من حيث السعر.

ويجب أن نعترف بأننا بحاجة إلى المزيد من الطاقة الشمسية، وذلك لأنها الكهرباء الأرخص وأكثر مراعاة للبيئة، فإن مشهد الطاقة يتغير بشكل أسرع من أي نقطة أخرى في التاريخ. 

ويبدو ان هذا صحيح بشكل خاص حيث هذه  الكهرباء التي تعمل بالطاقة الشمسية رخيصة من حيث  بطارية التخزين والتي انخفضت تكلفتها   تكلفة كليهما بمعدلات غير مسبوقة على مدى العقد الماضي،  كما توسعت التقنيات الموفرة للطاقة مثل  إضاءة LED.

وسوف يؤدي الوصول إلى الطاقة الشمسية الرخيصة والواسعة الانتشار والتخزين إلى تغيير الطريقة التي ننتج بها الطاقة ونستخدمها ، مما يسمح بتزويد قطاع النقل بالكهرباء. و هناك إمكانية لاقتصادات جديدة قائمة على المواد الكيميائية حيث نقوم  بتخزين الطاقة المتجددة كوقود ، وندعم الأجهزة الجديدة، وبالرغم من تقنيات الطاقة الحالية لدينا إلا انها لن تقودنا إلى هذا المستقبل  سريعا الذي نصبو إليه إلا اذا كان عندنا  كفاءة  عالية ومنخفضة التكلفة.

إمكانات التخفيضات المستقبلية  في كلفة الكهرباء من السليكون الشمسية ، على سبيل المثال ، محدودة يتطلب تصنيع كل لوحة قدرًا لا بأس به من الطاقة وبناء المصانع  باهظة الثمن  وعلى الرغم من أنه يمكن تقليص تكلفة الإنتاج أكثر قليلاً ، إلا أن تكاليف تركيب الطاقة الشمسية تهيمن عليها الآن  الإضافات  - التركيب ، والأسلاك ، والإلكترونيات ، وما إلى ذلك.

ويعمل مختبر بكامبريدج بإنجلترا مع عائلة جديدة واعدة من المواد تعرف باسم  هاليد بيروفسكايت  وهي أشباه موصلات ، تنقل الشحنات عند تحفيزها بالضوء  يتم ترسيب أحبار البيروفسكايت على الزجاج أو البلاستيك لصنع أغشية رقيقة للغاية - حوالي مائة من عرض شعرة الإنسان - مكونة من المعادن والهاليد والأيونات العضوية.

و عندما تكون محصورة بين ملامسات القطب ، فإن هذه الأفلام تصنع  خلايا شمسية أو أجهزة LED .

ويمكنها وبشكل مثير للدهشة ،  تغيير لون الضوء الذي تمتصه أو تنبعث منه ببساطة عن طريق تعديل هيكلها الكيميائي .

وذلك من خلال تغيير الطريقة التي نزرعها بها ، يمكننا تخصيصها لتكون أكثر ملاءمة لامتصاص الضوء (للوحة شمسية) أو انبعاث الضوء (لمصباح LED) . 

يتيح لنا ذلك صنع خلايا شمسية ذات ألوان مختلفة ومصابيح LED تنبعث منها ضوء من الأشعة فوق البنفسجية ، وصولاً إلى الأشعة تحت الحمراء المرئية والقريبة، ولكن عيوب الخلية ليست كثيرة أو تسبب  مشكلةعلى عكس خلايا السيليكون التقليدية ، التي يجب أن تكون موحدة جدًا لتحقيق كفاءة عالية ، تتكون أفلام البيروفسكايت من  "حبيبات" فسيفساء  ذات حجم متغير للغاية (من متر نانوي إلى مليمترات) وكيمياء - ومع ذلك   فانه لا مجال للمقارنة من حيث الكفاءة والجودة والسعر .