تحقيق رقم قياسي جديد في كفاءة خلايا السيليكون الشمسية

تمكن باحثون من تحقيق اختراق كبير في تصنيع الخلايا الشمسية من خلال تطوير نوع جديد يتميز بكفاءة عالية مقارنة بتلك المتداولة حاليا في الأسواق، مما يسهم في تسريع التحول العالمي نحو الطاقات المتجددة بشكل سريع.

 

كفاءة الخلايا الجديدة المصنوعة من السيليكون البلوري في تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء تصل إلى حوالي 27%، رغم أن مكوناتها هي نفسها المواد المستخدمة في الخلايا التقليدية التي لا تزيد كفاءتها عموما على 20%.

 

وصفت تفاصيل هذا الابتكار الذي قام به فريق من الباحثين الصينيين والهولنديين في دراسة علمية نشرت مؤخرا في دورية “نيتشر إنيرجي” (Nature Energy).

 

نمو متسارع بفضل زيادة كفاءة الألواح الشمسية

 

تظهر بيانات الوكالة الدولية للطاقة أن استخدام الطاقة الشمسية شهد تسارعا في السنوات الأخيرة، إذ بلغ نموها سنة 2021 حوالي 22% مقارنة بالعام الذي سبقه. لكنها ما زالت رغم ذلك لا تمثل سوى 3.6% من مصادر إنتاج الكهرباء في العالم.

 

لكن هذا النوع من الطاقة يسير حثيثا لتصبح أرخص مصادر الطاقة المتجددة وأكثرها استخداما في العالم في المستقبل، بفضل العمل الدروب الذي يقوم الباحثون في تطوير التقنيات المستخدمة في هذا المجال، وخاصة تلك المتعلقة بتحسين كفاءة الخلايا الشمسية التي تحول أشعة الشمس إلى كهرباء.

 

وتمثل كفاءة الألواح الشمسية مقياسا لكمية ضوء الشمس (الإشعاع) الذي يسقط على سطح الألواح الشمسية ويتحول إلى كهرباء. ونظرا للتطورات العديدة في التكنولوجيا الكهروضوئية خلال السنوات الأخيرة، فقد زاد متوسط كفاءة تحويل الألواح المصنوعة من السيليكون البلوري من 15% في عام 2015 إلى أكثر من 21%، وفق تقرير لموقع “كلين إنيرجي ريفيوز” (Clean Energy Reviews).

 

قفزة إلى الأمام

 

وفي هذه الدراسة الجديدة عمل باحثون من جامعة “صن يت صن” الصينية (SYSU)  وجامعة دلفت للتكنولوجيا (TU Delft) في هولندا على تحسين كفاءة الخلايا الشمسية السيليكونية غير المتجانسة. وهي تقنية هجينة تجمع بين جوانب الخلايا الشمسية البلورية التقليدية، والخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة.

 

ونجح الباحثون، وفق بيان صحفي نشر على موقع الجامعة الهولندية، في تحسين تصميم هذا النوع من الخلايا من خلال إضافة طبقة رقيقة مكونة من السيليكون النانوي البلوري مع أكسيد موصل شفاف، تسمى “طبقة تلامس ثقب السيليكون النانوي المحسن”.

 

ورغم أن الدراسات النظرية أشارت إلى أهمية هذه الطبقة في زيادة كفاءة الخلايا الشمسية، فقد فشل الباحثون في السابق في تنفيذها عمليا. ويمكن للطبقة الجديدة نقل الكهرباء بمقاومة أقل بكثير، مما يؤدي إلى رفع كفاءة تحويل الطاقة لتكون أعلى من أي نوع آخر من الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري.

 

نفذ الباحثون هذه التقنية الجديدة على رقائق السيليكون القياسية من الدرجة الصناعية التي تنتجها شركة” لونجي” الصينية، مما يجعل التكنولوجيا قابلة للتطبيق على الفور تقريبا في إنتاج الألواح الشمسية. وأظهرت نتائج التجربة تحقيق كفاءة غير مسبوقة لهذا النوع من الخلايا بلغت 26.81%.

 

وبما أن الخلايا الشمسية المستخدمة حاليا مصنوعة من السيليكون البلوري تمثل حوالي 95% من السوق الكهروضوئية في العالم، فإن تحسين كفاءة هذا النوع سيؤدي إلى إحداث تأثير قوي على تسريع التحول الطاقي، لا سيما أن بلوغ صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050 يتطلب مضاعفة قدرات إنتاج الطاقة الشمسية 3 مرات في المستقبل، بحسب الوكالة الدولية للطاقة.