في خطوة كبيرة نحو تحسين كفاءة الطاقة الشمسية، نجح فريق بحثي من مدرسة البوليتكنيك الفيدرالية في لوزان (EPFL) في سويسرا في تطوير خلية شمسية مزدوجة تعتمد على البيروفسكايت والسيليكون، حيث حققت كفاءة تحويل طاقة تبلغ 30.9%. هذا الإنجاز يجعل هذه الخلية واحدة من أكثر الخلايا الشمسية كفاءةً في العالم.

التفاصيل التقنية

1. التصميم والهندسة:

   • الطبقات المزدوجة: تتكون الخلية من طبقتين رئيسيتين - الطبقة العلوية مصنوعة من البيروفسكايت، وهي مادة تشتهر بقدرتها على امتصاص الضوء بكفاءة عالية، والطبقة السفلية هي خلية سيليكونية عالية الكفاءة.
   • تحسين الكفاءة: الفريق استخدم مادة مضافة تسمى حمض البنتافلوروبنزيل الفوسفونيك (pFBPA) في طبقة البيروفسكايت. هذه المادة تحسن الأداء عن طريق تقليل العيوب المرتبطة بالرصاص في طبقة البيروفسكايت، مما يحد من فقدان الطاقة ويعزز كفاءة التحويل الكلية.
   • 
     

2. المكونات المتقدمة:

   • طبقات الحماية والاتصال: الخلية تستخدم طبقة من أكسيد القصدير الإنديوم (ITO) وطبقة من الكربون (C60) كناقلات للإلكترونات، بالإضافة إلى طبقة شفافة من أكسيد الزنك الإنديوم (IZO) واتصال معدني من الفضة.
   • تكامل تقنيات السيليكون: الجزء السفلي من الخلية يعتمد على تقنية تقاطع غير المتجانس (HJT) وهي مصنوعة من رقاقة سيليكونية أحادية البلورة بسمك 190 ميكرومتر، مما يعزز من قدرة الخلية على تحويل الضوء إلى طاقة كهربائية بكفاءة عالية.
   • 
     

الفوائد والإمكانات المستقبلية

• كفاءة عالية بتكلفة منخفضة: بتحقيق كفاءة 30.9%، هذه الخلية الشمسية تتفوق على العديد من التقنيات الحالية في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. هذه الكفاءة العالية تعني أن تكاليف توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية يمكن أن تنخفض بشكل كبير، مما يجعلها خيارًا أكثر اقتصادية وجاذبية.
• تطوير مستدام: إضافة مادة pFBPA تعزز من استقرار الخلية على المدى الطويل وتقلل من الحاجة إلى عمليات معالجة مكلفة أو معقدة، مما يسهل عملية التصنيع على نطاق واسع.
• 
  

التحديات والتطورات المستقبلية

بينما تمثل هذه التقنية تقدمًا كبيرًا، إلا أن هناك تحديات مستمرة. من ضمنها تحسين استقرار البيروفسكايت على المدى الطويل وتطوير عمليات تصنيع يمكن أن تتكامل بسهولة مع البنية التحتية الحالية لصناعة الطاقة الشمسية. البحث المستمر مطلوب لضمان أن هذه الخلايا يمكن أن تتحمل الظروف البيئية القاسية وتقدم أداءً مستدامًا على مدى عقود.

المصادر:

• 
  
• ScienceDirect - Joule: الورقة البحثية التي تقدم تفاصيل كاملة حول التصميم والأداء للخلية الشمسية الجديدة متاحة على موقع ScienceDirect. تجد الورقة هنا: ScienceDirect.
• Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL): معلومات إضافية عن المشروع وفريق البحث متاحة على الموقع الرسمي لـ EPFL. يمكنك زيارة الموقع لمزيد من التفاصيل: EPFL News.

هذا الابتكار يمثل خطوة كبيرة نحو تحقيق مستقبل طاقة أكثر كفاءة واستدامة، مما يعزز دور الطاقة الشمسية في تحقيق أهداف الاستدامة العالمية.