البيروفسكايت: ثورة جديدة في عالم الطاقة الشمسية تقترب من الأسواق

تعتبر خلايا البيروفسكايت من أكثر التطورات الواعدة في عالم الطاقة الشمسية. مقارنة بخلايا السيليكون التقليدية، تتميز خلايا البيروفسكايت بكفاءة أعلى وإمكانية استخدام طيف أوسع من الضوء. ورغم هذه الميزات، فإن هشاشتها وعمرها القصير قد أبقاها داخل المختبرات… حتى الآن.

يبدو أن عام 2024 قد يكون عامًا مفصليًا بالنسبة لتقنية البيروفسكايت. في الأشهر الأخيرة، شهدنا تقدمًا مذهلاً في هذا المجال من قبل الباحثين حول العالم، بما في ذلك تحسين المتانة. بل إن بعض هذه الخلايا الجديدة من البيروفسكايت جاهزة لدخول الأسواق قريبًا. في هذا المقال، سنستعرض بعض من أهم التطورات الأخيرة ونرى ما إذا كانت هذه الخلايا جاهزة أخيرًا للظهور في الأسواق.

ما هي خلايا البيروفسكايت؟

البيروفسكايت هو مجموعة من المواد البلورية التي تشترك في نفس التركيب البلوري لمركب تيتانات الكالسيوم. تتميز هذه المواد بقدرتها على تحويل كمية أكبر من ضوء الشمس إلى كهرباء مقارنة بخلايا السيليكون. فبينما تصل خلايا السيليكون إلى كفاءة حوالي 20% في تحويل الطاقة الشمسية، يمكن لخلايا البيروفسكايت أن تتجاوز هذا الرقم وربما تصل إلى أقصى كفاءة نظرية لخلايا السيليكون وهي 29%.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن ضبط خلايا البيروفسكايت لتلتقط الضوء من أجزاء من الطيف الشمسي لا تستطيع خلايا السيليكون التقاطها. وهذا ما يجعل تقنية البيروفسكايت مثالية لتشكيل خلايا "ترادفية" تجمع بين طبقات من السيليكون والبيروفسكايت لزيادة الكفاءة دون الحاجة إلى زيادة حجم اللوح الشمسي.

التحديات: المتانة

رغم كل هذه الميزات، فإن المشكلة الرئيسية التي تواجه خلايا البيروفسكايت هي متانتها. فعلى الرغم من أدائها الجيد في المختبرات، إلا أنها تتدهور بسرعة في الظروف الخارجية. على سبيل المثال، قد تفقد بعض خلايا البيروفسكايت حوالي 80% من كفاءتها خلال عامين فقط، في حين أن خلايا السيليكون تأتي بضمان لمدة 25 عامًا مع انخفاض بسيط في الكفاءة لا يتجاوز 8% على مدار فترة الضمان.

الحرارة والرطوبة والأكسجين وحتى الأشعة فوق البنفسجية هي العوامل التي تؤدي إلى تدهور خلايا البيروفسكايت بسرعة. لذا، كانت إيجاد حلول لمشكلة المتانة أحد التحديات الكبيرة التي تسعى الشركات لحلها.

الإنجازات الأخيرة

في الفترة الأخيرة، قامت العديد من الشركات بتحقيق تقدم كبير في حل مشكلة المتانة. على سبيل المثال، صرحت شركة Oxford PV، ومقرها المملكة المتحدة، أنها تمكنت من تحسين متانة خلايا البيروفسكايت لتصل إلى عمر يصل إلى 25 عامًا. وفقًا لنتائجهم، فإن أفضل الخلايا الترادفية لديهم تفقد حوالي 1% فقط من كفاءتها خلال العام الأول، وتستمر في العمل بكفاءة عالية بعد ذلك.

بجانب هذا، دخلت شركة Oxford PV في شراكة مع معهد Fraunhofer للطاقة الشمسية في ألمانيا، حيث نجح المعهد في استخدام خلايا ترادفية من البيروفسكايت لبناء وحدات شمسية حققت كفاءة قياسية بلغت 25%، مما يمثل زيادة كبيرة في الإنتاج مقارنة بخلايا السيليكون التقليدية.

طرق جديدة لتعزيز الكفاءة

إلى جانب تحسين المتانة، حقق الباحثون في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (KAUST) في السعودية تقدمًا كبيرًا في تحسين كيفية تجميع المواد لزيادة الكفاءة. قام الفريق بتطوير بنية جديدة من نوع P-I-N لخلايا البيروفسكايت، والتي تتميز بقدرة تحويل تصل إلى 25.63%. كما أظهرت هذه الخلايا متانة جيدة بعد تعرضها لاختبارات قاسية في درجات حرارة عالية.

خلايا بيروفسكايت نصف شفافة

وفي تطور آخر، قام فريق من معهد الطاقة في كوريا بتطوير خلايا بيروفسكايت نصف شفافة تستخدم في النوافذ والألواح الشمسية ثنائية الوجه. نجح الفريق في تحقيق كفاءة تبلغ 21.68% لهذه الخلايا، مع الحفاظ على 99% من كفاءتها بعد 240 ساعة من التشغيل، مما يجعلها من أكثر الخلايا نصف الشفافة كفاءة في العالم.

ما هو المستقبل؟

بناءً على هذه الإنجازات، يبدو أن تقنية البيروفسكايت قد اقتربت من تحقيق حلمها بدخول السوق التجاري. إذا تم حل مشكلة المتانة بشكل كامل، فقد نشهد تحولًا كبيرًا في صناعة الطاقة الشمسية، حيث ستتمكن هذه التقنية من تقديم ألواح شمسية أكثر كفاءة وبتكلفة أقل.

ختامًا، على الرغم من أن البيروفسكايت لا يزال يواجه بعض التحديات، إلا أن التقدم الذي تم تحقيقه في الأشهر الأخيرة يمنحنا الأمل في أن هذه التقنية ستصبح قريبًا جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية، مما يفتح الأبواب أمام مستقبل مشرق للطاقة الشمسية.