حقق الفيزيائيون في جامعة توليدو مستويات غير مسبوقة لتحسين أداء الخلايا الشمسية من خلال احراز تقدم كيمائي عظيم عبر انشاء مادة جديدة، بالتعاون بين جامعة توليدو والمختبر الوطني للطاقة المتجددة الأمريكي وجامعة كولورادو (U.S. Department of Energy’s National Renewable Energy Lab and the University of Colorado).
كما صّرح البروفيسور الفيزيائي في جامعة توليدو يانفا يان (Yanfa Yan) أنه تم التوصل لمادة خارقة عالية الكفاءة يمكن استخدامها في صناعة الخلايا الشمسية، حيث أن الخلايا الشمسية التي تم تطويرها من خلال استخدام خلية بيروفسكايت مزدوجة (Perovskite).
وتعتبر البيروفسكايت مادة مركبة ذات تركيب بلوري وتتكون نتيجة لتفاعل كيميائي خاص وستكون بديًلا عن الخلايا الشمسية المصنوعة من السليكون! وبدءًا من اليوم ستكون الخيار المتاح حاليًا كأول مادة ذات كفاءة عالية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
وأضاف د.يان الخبير الفيزيائي بصناعة المواد والخصائص الالكترونية لأشباه الموصلات والخلايا الشمسية ” إن الخلايا المصنوعة من مادة البيروفيسكايت ذات كفاءة عالية وأقل تكلفة والتي ستساعد على إيجاد حلا واعدًا لأزمة الطاقة العالمية. وسيعمل هذا بدوره على المساعدة في الحفاظ على العالم والأجيال المستقبلية. نواجه حاليًا مشكلة استهلاك معظم مصادر الطاقة. لذلك يركز الفريق على إيجاد حلول خلاقة لتخلص من هذه المشكلة العالمية.. من خلال هذه المادة التي كنا نتتظرها لسنوات عديدة”
وأضاف دكتور سانجاي خاري (Sanjay Khare) مدير قسم الفيزياء والفضاء من جامعة توليدو ” ما تقوم به الجامعة من توفير طاقة مستدامة فريدة من نوعها يمكنها أن تساعد في توفير طاقة نظيفة عالمية”.
كما وتوضح ورقة علمية جديدة تم نشرها في مجلة العلوم (Science) عن كيف يمكن للخلايا الكهروضوئية التي عمل عليها الفريق أن تعمل على زيادة الكفاءة الشمسية عبر مزج الرصاص والقصدير لتعزيز أداء الخلايا الشمسية. و عملت الجهود المبذولة الناتجة من استخدام هذا المزيج على زيادة كفاءة الخلايا الشمسية لحوالي 23% بالمقارنة مع الخلايا الشمسية المصنوعة من السليكون ( المتوفرة حاليا في الأسواق) والتي معدل كفاءتها تصل لـ 18% فقط.
إلى جانب ذلك، فقد استخدم العلماء مركب كيميائي يُطلق عليه (Guanidinium thiocyanate ) والذي يعمل تدريجيًا على تحسين الخصائص الكهروضوئية والتركيبية لخليط مادة البيروفيسكايت المكون من الرصاص والقصدير.
كما ونشرت مجلة (Nature) ورقة علمية للدكتور يان قبل خمسة أشهر بعد اكتشافه مادة خاصة يمكنها انتاج ضوء أبيض يعمل على زيادة كفاءة وجودة اضاءة مصابيح الليد (LED).
على مدار خمس سنوات، حدد د.يان الخصائص المثالية لمادة البيروفسكايت عبر توجيه خبرته العملية – أكثر من 20 عامًا- لانتاج خلايا بيروفيسكايت مزدوجة لها القدرة على زيادة اجمالي الطاقة الكهربائية المتولدة من خلال استخدام جزئيين مختلفين من الأطياف الشمسية. في الشهر الماضي، حصلت د.يان على مبلغ مليون 1.1$ ميلون دولار من قسم الطاقة الأمريكي كمنحة لمواصلة أبحاثه بالتعاون مع مختبر الوطني الأمريكي للطاقة المتجددة.
كما وقال المؤلف المشارك في الدراسة والبروفيسور المساعد في قسم الأبحاث في جامعة توليدو د. زاونينق سونج (Zhaoning Song) ” البحث في الجامعة لا يزال مستمرًا حتى نصل لمادة أقل تكلفة وأعلى كفاءة يمكنها المنافسة والتفوق على تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية باستخدام السيلكون. الخلايا الشمسية التي نعمل عليها والمكونة من طبقتين من البيروفسكايت ذات كفاءة عالية تعمل على خفض تكاليف انتاج الألواح الشمسية. ما توصلنا إليه بحد ذاته تقدم مهم في مجال الخلايا الكهروضوئية.
وأضاف سونج ” المادة وتكلفة صناعتها قليلة، لكن مدة حياة هذه المادة لا تزال غير معروفة. لذلك نحن بحاجة لاستمرار العمل على زيادة كفاءة واستقرار وثبات المادة”
وأخيرًا أضاف د.يان ” يعتبر الرصاص من المواد السامة، وخلال عملي في مجال صناعة الطاقة يجب التأكد من أن الالواح الشمسية المصنعة والمستخدمة لا تسبب أية أضرار بيئية و أن تكون قابلة للتدوير”