علماء صينيون يصممون أنحف خلايا شمسية من السيليكون

توصل بحث جديد بقيادة فريق من العلماء الصينيين إلى تصميم أنحف خلايا شمسية من السيليكون على الإطلاق، وهي مادة مرنة تشبه الورق تحول الضوء إلى كهرباء دون التضحية بالكفاءة.

وتشكل الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون العمود الفقري للكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية في العالم، حيث تمثل حوالي 95% من الخلايا الشمسية في سوق الخلايا الكهروضوئية.

ومع انخفاض تكاليف التصنيع وتوليد الطاقة، اكتسبت الخلايا الشمسية استخداماً أوسع في مزارع الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض وفي الخلايا الكهروضوئية الموزعة.

ونقلت صحيفة العلوم والتكنولوجيا اليومية التي تديرها الدولة عن الأستاذ في جامعة جيانغسو للعلوم والتكنولوجيا لي يانغ يوم الإثنين قوله أن الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري، والمصنوعة من رقائق السيليكون، هي الطاقة الكهروضوئية الأكثر نضجاً والأكثر استخداماً على نطاق واسع، لكن هذه التكنولوجيا تواجه عقبتين تكنولوجيتين رئيسيتين.

عوائق رئيسية

أحد العوائق هو أن كفاءة تحويل الطاقة لخلايا السيليكون ذات المساحة الكبيرة تظل محدودة بـ 26 في المائة، أما العائق الآخر فهو سُمك الخلية، الذي يتراوح عادةً بين 150 إلى 180 ميكرومتراً، مما يجعل من الصعب استخدامها في التطبيقات التي تتطلب مادة أكثر مرونة وخفيفة الوزن، مثل الأسطح المنحنية والأقمار الصناعية والمحطات الفضائية.

ولدى الطائرات، على سبيل المثال، متطلبات وزن صارمة للغاية وتستخدم الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، وهي فئة واسعة أخرى من الخلايا الشمسية. ومع ذلك، وفقاً لـ "لي يانغ"، فهي باهظة الثمن، ولها عمر قصير، وليست مناسبة تماماً للمتطلبات التجارية.

كفاءة في استخدام الطاقة

وتعد الخلايا الشمسية السيليكونية المرنة التي طورها لي ومعاونوه أرق بكثير وأخف وزناً من نظيراتها التقليدية، وتتميز بكفاءة عالية في استخدام الطاقة. وقال لي "لقد طورنا خلايا سيليكون بلورية يصل سمكها إلى 50 ميكرومتراً، أي أرق من ورقة A4، ويمكن ثنيها على شكل لفافة، وهي أكثر كفاءة بكثير من الخلايا التقليدية".

وكان البحث، الذي نُشر في مجلة Nature في 31 يناير (كانون الثاني)، بمثابة جهد مشترك بين علماء من JUST، وشركة LONGi Green Energy Technology ومقرها شيان، وجامعة كيرتن الأسترالية. وتُعرف الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلورية بأنها بنية "ساندويتش"، مما يعني أن ركيزة الرقاقة الخاصة بها، الطبقة الوسطى، تمثل أكثر من 99% من سمك الخلية.

تطوير الخلايا الشمسية

ويستخدم العلماء في جميع أنحاء العالم أساليب مختلفة لتطوير خلايا شمسية أخف وزناً وأكثر مرونة وكفاءة عالية وقابلة للتطبيق تجارياً.

وفي مايو (أيار) من العام الماضي، أفاد مجموعة من العلماء من معهد شنغهاي للأنظمة الدقيقة وتكنولوجيا المعلومات، وجامعة تشانغشا للعلوم والتكنولوجيا، وقسم العلوم والهندسة الحاسوبية والكهربائية والرياضية في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية، أنهم طوروا خلايا شمسية من السيليكون يبلغ سمكها 60 ميكرومتراَ فقط، ويمكن طيها مثل ورقة.

لكن الفريق الذي تقوده الصين ذهب بالنحافة إلى أبعد من ذلك.

ومع ذلك، فإن الحصول على رقائق أكثر نحافة يأتي عادة على حساب الكفاءة، فالخلايا الشمسية السيليكونية الرقيقة عادة ما تكون أقل كفاءة في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء من الخلايا السميكة.

5 أنواع من الخلايا

وفي هذه الدراسة، أنتج العلماء خمسة أنواع من الخلايا الرقيقة تتراوح سماكتها من 55 إلى 130 ميكرومتراً. وهذه الخلايا الشمسية فائقة الرقة وقابلة للانحناء أيضاً.

وقال لي: "على الرغم من أنه لا يمكن طيها إلى النصف، إلا أن بالإمكان ثنيها في أي انحناء"، مضيفاً أن هذه الميزة ستوسع بشكل كبير نطاق التطبيقات لخلايا السيليكون البلورية.

وتتمتع الخلايا الشمسية المرنة بإمكانيات تطبيق أكبر بكثير، بما في ذلك الاستخدامات في الفضاء والمناطيد والطائرات بدون طيار والأجهزة الذكية التي يمكن ارتداؤها.

وقال لي إن الباحثين يعملون على تطوير خلايا سيليكون بلورية أكثر مرونة وكفاءة يمكن أن تكون في يوم من الأيام قابلة للحمل مثل لفافة الفيلم، بحسب موقع scmp.