ألواح شمسية شفافة.. آخر الابتكارات الروسية التي ستحدث “ثورة” في عالم الطاقة

تتواصل الابتكارات والتطورات التي يصل إليها العلماء من وقت لآخر، إلا أن في المرحلة الأخيرة كان الاهتمام الأكبر كان نحو مجال الطاقات البديلة وبشكل حاص الطاقة الشمسية، حيث أصبحت ألواح الطاقة الشمسية مركز اهتمام العلماء في محاولة للوصل إلى الأكثر تطور والأقل تكلفة ذات الإنتاجية الأكبر، إلا أن آخر ما توصل إليه العلماء كان ضرباً من الخيال.

فكرة إنشاء خلايا شمسية شفافة

يتصارع العلماء الغربيون والمتخصصون المحليون حول هذه المشكلة. كما أصبح معروفاً ، لم يحقق علماء الفيزياء في جامعة ITMO التأثير المطلوب فحسب ، بل قللوا أيضاً من تكلفة التكنولوجيا بشكل كبير.

تتمتع الخلايا الشمسية الشفافة بميزة رئيسية على العروض الحالية: يمكن لصقها على الزجاج التقليدي حتى ، مما سيولد الطاقة دون المساس بالرؤية للنوافذ.

في الواقع ، ستقلل هذه الطريقة بشكل كبير من استهلاك الوقود الأحفوري. المشكلة الرئيسية في كل هذه التقنيات هي الكفاءة المنخفضة وخسائر عالية في الطاقة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن تصنيع أقطاب خاصة لنقل الضوء هو إجراء مكلف للغاية.

مكونات التصنيع

تختلف المنهجية الروسية ، التي اقترحها متخصصو جامعة ITMO ، اختلافاً جوهرياً عن جميع التقنيات الأخرى ، باستخدام السبائك لحل مشكلة الكفاءة. لكن تم حل مشكلة التصاق الخلايا بسبب السائل الأيوني الذي يغير خصائص الطبقة المعالجة. والنتيجة هي خلية شمسية ذات شفافية عالية دون فقدان الكفاءة.

اخذت خلية شمسية تعتمد على جزيئات صغيرة ، تم وضع الأنابيب النانوية عليها كقطب كهربي شفاف. بعد ذلك ، تم تخدير طلاء الأنابيب النانوية باستخدام بوابة أيونية. تمت معالجة طبقة النقل أيضاً،

وهي مسؤولة عن ضمان وصول الشحنة من الطبقة النشطة إلى القطب بنجاح. تمكن الباحثين من الاستغناء عن غرف التفريغ وعملوا في جو من الهواء. يقول الفيزيائيون: “كان علينا فقط إسقاط سائل أيوني واستخدام القليل من الجهد للحصول على الخصائص المطلوبة”.

نتيجة لذلك، تمكن العلماء من زيادة كفاءة الخلايا عدة مرات. ويعتقدون أن بإمكانهم تحسين خصائص الخلايا الشمسية الأخرى أيضاً.

ابتكار من سابق

تشير مجلة Nano Energy، إلى أن علماء جامعة بنسلفانيا الأمريكية ابتكروا أقطاباً معدنية جديدة فائقة الرقة يمكن أن تصبح العنصر الأساسي في لوحة شمسية شفافة من البيروفسكايت.

وتصنع الألواح الشمسية عادة من السليكون، ولكن فعالية هذه المادة تنخفض تدريجيا مع مرور الوقت. لذلك يعمل الباحثون مع مادة البيروفسكايت، التي عند استخدامها على لوحات السليكون القياسية تزيد من كفاءتها كثيراً.

والآن ابتكر الباحثون أقطاباً كهربائية من دقائق الذهب النانوية اللازمة لتشغيل الخلية الشمسية، لا يتجاوز سمكها بضعة ذرات، وهي موصلة جيدة للكهرباء وفي نفس الوقت لا تمنع الألواح الشمسية من امتصاص الضوء.

وكانت دراسات سابقة قد كشفت، أن دقائق الذهب النانوية لا تنتشر بالتساوي على اللوح الشمسي، بل تتجمع على شكل جزر منفصلة، ما تسبب في انخفاض توصيلها للكهرباء.

والآن تمكن الباحثون من حل هذه المشكلة بإضافة طبقة إضافية من الكروم إلى القطب الكهربائي، ما جعل دقائق الذهب النانوية تنتشر بالتساوي على الألواح الشمسية، وزيادة موصليتها للكهرباء.

وقد أنشأ المهندسون على أساس القطب الشفاف، لوحا ثنائيا معامل كفاءته 28.3%، في حين أظهرت لوحة من البيروفسكايت معامل كفاءة 19.8%. وهذا رقم قياسي لإنتاجية مثل هذه الألواح. ومن هذا يتضح أن معامل كفاءة اللوح الثنائي أعلى بمقدار 5% .

ويقول البروفيسور شاشانك بريا من جامعة بنسلفانيا، “يمكن اعتبار التحسن بنسبة 5% نجاحا كبيرا. لأنه يعني إمكانية الحصول من كل متر مربع من الخلايا الشمسية على طاقة إضافية مقدارها 50 واطاً. وكما هو معلوم تتكون محطات الطاقة الشمسية من آلاف الوحدات، أي نحصل على طاقة كهربائية كبيرة. وهذا بحد ذاته اختراق كبير”.

اقرأ أيضاً: رقائق الطاقة الشمسية الشفافة- ثورة في كل بيت

بات بإمكان الجميع استخدام الرقائق الشفافة للطاقة الشمسية كزجاج لنوافذ مبانيهم ومنازلهم، أو لهواتفهم المحمولة. زجاج ولكنه يحفظ طاقة الشمس ويحولها. شركة اببيكتوس ايرنجي تقترب من عرض هذا النوع من الرقائق في الأسواق.

ما يفعله ريتشارد لونت أستاذ الكيمياء الصناعية في جامعة مشيغان الرسمية ومساعدوه في هذا المشروع هو ليس ضغط المكونات وإخفائها داخل شرائح الزجاج، بل تغيير أسلوب امتصاص الرقائق لأشعة الشمس المنتجة للطاقة. فالخلية الشفافة (الرقيقة) بوسعها أن تحصد الجزء الذي لا نراه من مكونات الطيف الشمسي المنتجة للطاقة، سامحة في نفس الوقت لأجزاء الطيف المرئية بالمرور خلالها.

علميا، هذه الرقيقة مصنوعة من مادة اوكسيمورون كما يشير موقع “اكستريم تيك” العلمي، وفي العادة تصنع الرقائق الشمسية الطاقة من خلال امتصاص فوتونات ضوء الشمس وتحويلها إلى الكترونات ( كهربائية). فإذا كانت المادة تعرف بأنها ” شفافة” فهذا سيعني أن كل الضوء سيمر بحرية خلالها ولن يجري تخزين أي جزء منه وهكذا يكون بوسعك أن تراه بالعين المجردة، وهذا يفسر لماذا كانت النماذج الأولى للرقائق الشفافة ليست شفافة بالكامل، بل بشكل جزئي.

لتجاوز هذا العائق، يقوم الباحثون في جامعة مشيغان باستخدام تقنية مختلفة تجمع ضوء الشمس. وبدلا من محاولة خلق خلية شفافة حساسة للصور (وهو ليس بالأمر المستحيل) يستخدم الباحثون مكثّف للطاقة الشمسية الشفافة TLSC، وهي رقائق تتكون من أملاح عضوية تمتص الأمواج الضوئية غير المرئية للإشعاعات تحت الحمراء وفوق البنفسجية ليقوموا بجعلها تشرق بطول موجي آخر يحولها إلى أشعة فوق حمراء من نوع آخر (غير مرئية أيضا).

هذا الشعاع تحت الأحمر يساق إلى حافة الرقيقة البلاستيكية لتصبح خلايا شمسية شريطية رقيقة تحول الشمس إلى طاقة كهربائية. وإذا نظر المرء بإمعان إلى الرقيقة فسيلحظ خطين أسودين يسيران مع حافة الشريحة خلاف هذه الخطوط تبقى الشريحة برمتها شفافة المظهر.

ويصفها مخترعها لونت في لقاء مع موقع مشيغان تودي بالقول” هذه الرقائق تفسح مساحة كبيرة لانتشار الطاقة الشمسية دون عوائق تتداخل مع هذه العملية”، ويمضي إلى القول” يمكن استخدام هذه الرقائق في المباني المرتفعة التي تغطيها النوافذ بشكل كامل، كما يمكن استخدامها كواجهة للأجهزة التي تحتاج أن تكون واجهاتها أنيقة شفافة مثل الهاتف المحمول أو الكتاب الإلكتروني”.

المصدر: مواقع إلكترونية