الاشتراك في تحديثات الأخبار اليومية من CleanTechnica على البريد الإلكتروني. أو تابعنا على أخبار جوجل!
عالم الطاقة الشمسية جاهز للثورة. يتسابق العلماء لتطوير نوع جديد من الخلايا الشمسية باستخدام مواد يمكنها تحويل الكهرباء بكفاءة أكبر من الألواح الموجودة اليوم.
في باقة ورقة جديدة نشرت في 26 فبراير في المجلة الطاقة الطبيعةكشف باحث في جامعة كولورادو بولدر ومعاونوه الدوليون عن طريقة مبتكرة لتصنيع الخلايا الشمسية الجديدة، المعروفة باسم خلايا البيروفسكايت، وهو إنجاز بالغ الأهمية لتسويق ما يعتبره الكثيرون الجيل القادم من تكنولوجيا الطاقة الشمسية.
اليوم، جميع الألواح الشمسية تقريبًا مصنوعة من السيليكون، والذي يتميز بكفاءة تصل إلى 22٪. وهذا يعني أن ألواح السيليكون يمكنها فقط تحويل حوالي خمس طاقة الشمس إلى كهرباء، لأن المادة تمتص نسبة محدودة فقط من الأطوال الموجية لضوء الشمس. كما أن إنتاج السيليكون مكلف ويستهلك الكثير من الطاقة.
أدخل البيروفسكايت. تتمتع المادة الاصطناعية شبه الموصلة بالقدرة على تحويل طاقة شمسية أكبر بكثير من السيليكون وبتكلفة إنتاج أقل.
وقال مايكل ماكغي، الأستاذ في قسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية وزميل معهد الطاقة المتجددة والمستدامة بجامعة كاليفورنيا في بولدر: "قد تغير البيروفسكايت قواعد اللعبة".
يقوم العلماء باختبار خلايا البيروفسكايت الشمسية عن طريق تكديسها فوق خلايا السيليكون التقليدية لصنع خلايا ترادفية. ومن الممكن أن يؤدي وضع المادتين، حيث يمتص كل منهما جزءًا مختلفًا من طيف الشمس، إلى زيادة كفاءة الألواح بنسبة تزيد عن 50%.
"ما زلنا نشهد كهربة سريعة، مع نفاد المزيد من السيارات من الكهرباء. وقال ماكغي: "نأمل في تقاعد المزيد من محطات الفحم والتخلص في نهاية المطاف من محطات الغاز الطبيعي". "إذا كنت تعتقد أنه سيكون لدينا مستقبل متجدد بالكامل، فأنت تخطط لتوسع أسواق طاقة الرياح والطاقة الشمسية بما لا يقل عن خمسة إلى عشرة أضعاف ما هي عليه اليوم".
وقال إنه لتحقيق ذلك، يجب على الصناعة تحسين كفاءة الخلايا الشمسية.
لكن التحدي الرئيسي في تصنيعها من البيروفسكايت على نطاق تجاري هو عملية طلاء أشباه الموصلات على الألواح الزجاجية التي تشكل اللبنات الأساسية للألواح. حاليًا، يجب أن تتم عملية الطلاء في صندوق صغير مملوء بغاز غير تفاعلي، مثل النيتروجين، لمنع البيروفسكايت من التفاعل مع الأكسجين، مما يقلل من أدائها.
"هذا أمر جيد في مرحلة البحث. ولكن عندما تبدأ في طلاء قطع كبيرة من الزجاج، يصبح الأمر أكثر صعوبة للقيام بذلك في صندوق مملوء بالنيتروجين.
انطلق ماكغي ومعاونوه لإيجاد طريقة لمنع هذا التفاعل الضار مع الهواء. ووجدوا أن إضافة فورمات ثنائي ميثيل الأمونيوم، أو DMAFO، إلى محلول البيروفسكايت قبل الطلاء يمكن أن يمنع المواد من الأكسدة. يتيح هذا الاكتشاف إجراء عملية الطلاء خارج الصندوق الصغير، في الهواء المحيط. أظهرت التجارب أن خلايا البيروفسكايت المصنوعة باستخدام مادة DMAFO المضافة يمكن أن تحقق كفاءة تصل إلى 25% تقريبًا بمفردها، مقارنة بسجل الكفاءة الحالي لخلايا البيروفسكايت البالغ 26%.
كما تعمل المادة المضافة على تحسين استقرار الخلايا.
يمكن لألواح السيليكون التجارية عادةً أن تحافظ على ما لا يقل عن 80% من أدائها بعد 25 عامًا، وتفقد حوالي 1% من كفاءتها سنويًا. ومع ذلك، تكون خلايا البيروفسكايت أكثر تفاعلًا وتتحلل بشكل أسرع في الهواء. وأظهرت الدراسة الجديدة أن خلية البيروفسكايت المصنوعة من DMAfo احتفظت بنسبة 90% من كفاءتها بعد أن قام الباحثون بتعريضها لضوء LED يحاكي ضوء الشمس لمدة 700 ساعة. وفي المقابل، فإن الخلايا المصنوعة في الهواء بدون DMAfo تتحلل بسرعة بعد 300 ساعة فقط.
وأشار إلى أن هذه نتيجة مشجعة للغاية، إلا أن هناك 8,000 ساعة في عام واحد. لذا، هناك حاجة إلى اختبارات أطول لتحديد كيفية تحمل هذه الخلايا للعمل الإضافي.
وقال ماكغي: "من السابق لأوانه القول بأنها مستقرة مثل ألواح السيليكون، ولكننا نسير على مسار جيد نحو ذلك".
تقرب هذه الدراسة خلايا البيروفسكايت الشمسية من التسويق. وفي الوقت نفسه، يعمل فريق ماكغي بنشاط على تطوير خلايا ترادفية ذات كفاءة حقيقية تزيد عن 30% ولها نفس العمر التشغيلي لألواح السيليكون.
يقود ماكغي شراكة بين القطاعين الأكاديمي والصناعي في الولايات المتحدة تُدعى Tandems for Efficient and Advanced Modules باستخدام البيروفسكايت فائق الاستقرار (TEAMUP). وبالتعاون مع باحثين من ثلاث جامعات أخرى وشركتين ومختبر وطني، تلقى الكونسورتيوم تمويلًا بقيمة 9 ملايين دولار من وزارة الطاقة الأمريكية في العام الماضي لتطوير البيروفسكايت الترادفي المستقر الذي يمكن استخدامه عمليًا في العالم الحقيقي ويكون قابلاً للتطبيق تجاريًا. الهدف هو إنشاء ترادف أكثر كفاءة من ألواح السيليكون التقليدية ومستقرة بنفس القدر على مدى 25 عامًا.
ومع كفاءة أعلى وأسعار أقل، يمكن أن يكون لهذه الخلايا الترادفية تطبيقات أوسع من ألواح السيليكون الحالية، بما في ذلك التثبيت المحتمل على أسطح السيارات الكهربائية. يمكنهم إضافة 15 إلى 25 ميلاً من المدى يوميًا للسيارة المتروكة في الشمس، وهو ما يكفي لتغطية التنقلات اليومية للعديد من الأشخاص. ويمكن أيضًا تشغيل الطائرات بدون طيار والمراكب الشراعية بواسطة هذه الألواح.
وقال ماكغي إنه بعد عقد من البحث في البيروفسكايت، تمكن المهندسون من بناء خلايا البيروفسكايت التي تتمتع بنفس كفاءة خلايا السيليكون، التي تم اختراعها قبل 70 عامًا. "نحن نأخذ البيروفسكايت إلى خط النهاية. وإذا نجحت الخلايا الترادفية بشكل جيد، فمن المؤكد أن لديها القدرة على السيطرة على السوق وتصبح الجيل التالي من الخلايا الشمسية.
من باب المجاملة & جامعة كولورادو.
هل لديك نصيحة لـ CleanTechnica؟ تريد الإعلان؟ هل تريد اقتراح ضيف لبودكاست CleanTech Talk الخاص بنا؟ اتصل بنا هنا.
أحدث فيديو تلفزيوني CleanTechnica
[المحتوى جزءا لا يتجزأ]
الإعلانات
يستخدم CleanTechnica الروابط التابعة. انظر سياستنا هنا.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://cleantechnica.com/2024/03/23/researchers-take-major-step-toward-developing-next-generation-solar-cells/
