تقنية صينية جديدة تحقق كفاءة 33% في خلايا الطاقة الشمسية مع متانة محسنة

نجح فريق من العلماء في الصين بتطوير تقنية تمرير مستهدفة تعمل على تحسين أداء خلايا الطاقة الشمسية التوأمية التي تجمع بين البيروفسكيت والسيليكون بشكل ملحوظ، مما قد يسهم في تجاوز عقبة رئيسية أمام الجدوى التجارية للألواح الشمسية التوأمية.

تعتمد هذه التكنولوجيا المتقدمة على تكديس خلية شمسية من البيروفسكيت فوق خلية تقليدية من السيليكون، بهدف التقاط طيف أوسع من أشعة الشمس وتحقيق كفاءة أعلى مقارنة بخلايا السيليكون فقط.

صيغة الصين الجديدة لخلايا الطاقة الشمسية

ركز الباحثون في التقنية الجديدة على الحد من تسرب الكهرباء الناتج عن ترسيب طبقة البيروفسكيت بشكل غير متساوٍ على ركائز السيليكون الصناعية.

تتألف الخلايا التوأمية من خلية بيروفسكيت علوية تلتقط الفوتونات عالية الطاقة بكفاءة، وخلية سيليكون سفلية مخصصة لامتصاص الضوء منخفض الطاقة.

نظرياً، يمكن لهذا التكوين تجاوز حدود كفاءة خلايا السيليكون أحادية الوصلة، مما يفتح الباب لتطوير خلايا شمسية أخف وزناً وأكثر قوة، وبالتالي زيادة انتشار هذه التقنية.

تتميز شرائح السيليكون الصناعية المستخدمة في الخلايا الشمسية بأسطح هرمية لتقليل الانعكاس وتحسين امتصاص الضوء، إلا أن هذه البنية تعقد عملية تغطية البيروفسكيت بشكل موحد، مما يخلق مواقع عيوب تؤدي إلى تسربات كهربائية محلية تؤثر سلباً على الكفاءة والاستقرار.

قام باحثون من معهد نينغبو لتقنية وهندسة المواد التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع جامعات سوشو وتايتشو في مقاطعة جيانغسو، بابتكار استراتيجية تمرير انتقائية للقمم لمعالجة هذه المشكلة.

استخدم الفريق جسيمات نانوية من البوليسترين كقالب لتطبيق طبقة رقيقة عازلة من أكسيد الألمنيوم على قمم الهرمات السيليكونية، مما يمنع مسارات التسرب دون التأثير على باقي السطح الضروري لنقل الشحنة بفعالية.

استراتيجية بسيطة

اختبر الفريق التقنية على جهاز بمساحة فعالة تبلغ حوالي سنتيمتر مربع واحد، وحقق كفاءة تحويل طاقة تقارب 33 بالمئة. كما حافظت الخلية على نحو 90 بالمئة من كفاءتها الأولية بعد 1000 ساعة من التشغيل المستمر، ما يدل على استقرار تشغيلي قوي.

قال يي جيتشون، المؤلف المشارك للدراسة، في تقرير لوسائل إعلام حكومية: "هذه الاستراتيجية بسيطة ومتوافقة مع خطوط الإنتاج الصناعية القائمة، مما يقرب خلايا البيروفسكيت والسيليكون التوأمية خطوة نحو التطبيقات التجارية".

تسعى صناعة الطاقة الشمسية العالمية إلى تحقيق كفاءات أعلى من النطاق الشائع بين 22 إلى 24 بالمئة في وحدات السيليكون المنتجة بكميات كبيرة.

تمثل البنى التوأمية إحدى الطرق الواعدة، لكن التوسع في إنتاجها يواجه تحديات بسبب مشاكل الواجهات وترسيب الطبقات على الركائز المنقوشة.

من خلال التركيز على تمرير العيوب فقط في المناطق الأكثر عرضة للمشاكل، تتجنب الطريقة الجديدة التنازلات في الأداء التي تظهر عادة مع المعالجات السطحية الأوسع، كما أن توافقها مع عمليات التصنيع الحالية قد يسرع من اعتمادها ويخفض التكاليف في تطبيقات الطاقة الشمسية على نطاق واسع، سواء في المنشآت الكبيرة أو الأسطح أو الاستخدامات المتخصصة.

رغم النتائج المشجعة في المختبر، يتطلب الأمر مزيداً من الدراسات للتحقق من الأداء على نطاقات أكبر وتحت ظروف بيئية مختلفة.