باحثون من جامعة كاليفورنيا يطورون تقنية جديدة تحسن من كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية بنسبة 20%

طور علماء المواد من كلية سامويلي للهندسة في جامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس ، خلية شمسية رقيقة ذات كفاءة عالية تنتج طاقة أكبر من أشعة الشمس مقارنة بالألواح الشمسية النموذجية ، وذلك بفضل تصميمها “ثنائي الطبقة”.

و تضمنت التقنية الجديدة التي عمل عليها الفريق مركبًا يسمى بيروفسكيت (وهو مركب غير مكلف من الرصاص واليود ثبت أنه فعال للغاية في التقاط الطاقة من ضوء الشمس) على خلية شمسية متاحة تجاريًا.

و تتكون الخلايا الشمسية التقليدية التي تشكل الطبقة السفلى من الجهاز من مركب من النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينيوم أو اختصاراً “CIGS”.

و حسب التجارب الأولية فهذه التقنية الجديدة قادرة على تحويل ما نسبته 22.4 في المائة من الطاقة القادمة من الشمس ، وهو رقم قياسي في كفاءة تحويل الطاقة لخلية شمسية ثنائية الطبقة “البيروفسكيت- CIGS”.

وقد تم تأكيد الأداء في اختبارات مستقلة في مختبر الطاقة المتجددة القومي التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. (كان الرقم القياسي السابق ، الذي حددته مجموعة في مركز أبحاث توماس ج. واتسون التابع لشركة آي بي إم في عام 2015 ، 10.9 في المائة). و يماثل معدل كفاءة التقنية الجديدة مثيلته في الخلايا الشمسية متعددة السيليكون التي تهيمن حاليًا على سوق الخلايا الكهروضوئية.

و كان البحث الذي نُشر في مجلة “ساينس” ، بقيادة كل من : “يانغ يانغ” ، و “لورنس إ. تاناس جونيور” أستاذ علوم المواد في جامعة كاليفورنيا .

وقال “يانغ” : “بفضل تصميمنا للخلايا الشمسية الترادفية ، نستخرج الطاقة من جزئين متميزين من الطيف الشمسي على نفس منطقة الجهاز”. “هذا يزيد من كمية الطاقة المتولدة من ضوء الشمس مقارنة بطبقة CIGS وحدها “.

وأضاف “يانغ” أن تقنية إضافة طبقة من البيروفسكيت يمكن دمجها بسهولة وبتكاليف أقل في عمليات تصنيع الخلايا الشمسية الحالية.

تقوم طبقة الأساس “CIGS” للخلية ، والتي يبلغ سمكها حوالي 2 ميكرون (أو اثنين من الألف من المليمتر) ، تمتص أشعة الشمس وتولد الطاقة بمعدل كفاءة 18.7 في المائة من تلقاء نفسها ، ولكن إضافة طبقة البيروفسكيت التي يبلغ سمكها 1 ميكرون يحسن من كفاءتها مثل (إضافة محرك توربيني لمحرك السيارة بهدف تحسين أدائها).

و يتم ضم الطبقتين عن طريق واجهة نانوية صمَّمها باحثو جامعة كاليفورنيا. تساعد الواجهة في تزويد الجهاز بجهد أعلى ، مما يزيد من كمية الطاقة التي يمكنه إنتاجها. و تتوضع الطبقتين على ركيزة زجاجية بسماكة حوالي 2 ملم.

وقال “يانغ” : “إن تقنيتنا عززت أداء الخلية الشمسية CIGS الحالية بما يقرب من 20 بالمائة من أدائها الأصلي”. “وهذا يعني تخفيض بنسبة 20 في المئة في تكاليف الطاقة “.

وأضاف أن الأجهزة التي تستخدم التصميم ذي الطبقتين قد تقترب في نهاية المطاف من كفاءة تحويل الطاقة بنسبة 30٪. و سيكون هذا هو الهدف التالي للفريق.

طائرة “Zephyr” التي تعمل بالطاقة الشمسية من “إيرباص” تحقق رقما قياسيا جديدا و تحلق لمدة 26 يوم متواصلة

المصدر