نجح باحثون في إنتاج أول “لوحة شمسية” مرنة في العالم، وهي رقيقة بما يكفي لطلائها على أجسام أخرى حتى يمكن استخدامها كمصدر محمول للطاقة.
سمح نهج مبتكر للعلماء بإنشاء خلايا شمسية أرق بمقدار 150 مرة من الألواح القائمة على السيليكون الحالية، دون التضحية بأي من قدراتها على توليد الطاقة.
وقال العلماء إن هذه الألواح يمكن في النهاية تطبيقها على أي جسم تقريبًا كطبقة يمكن طباعتها بسهولة، مثل السيارات أو حافظات الهواتف الذكية، ما يتيح لأي شخص الشحن أثناء التنقل وينفي الحاجة إلى مزارع شمسية كبيرة.
تبلغ سماكة المادة التي صنعها الباحثون أكثر من ميكرون واحد (0.001 ملم)، وقد صدق المعهد الوطني الياباني للعلوم الصناعية المتقدمة والتكنولوجيا على هذا الاختراع قبل نشر دراسة علمية في وقت لاحق من هذا العام.
تحويل ضوء الشمس إلى طاقة
في الدراسة، صنع باحثو جامعة أكسفورد مادة كهروضوئية جديدة، قادرة على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة، من هياكل البيروفسكايت.
هذه التكوينات البلورية هي نسخ اصطناعية من أكسيد الكالسيوم والتيتانيوم الطبيعي والتي يمكن تصنيعها بتكلفة زهيدة نسبيًا في المختبرات أو المصانع. مثل السيليكون، المادة الأكثر شيوعًا المستخدمة في الخلايا الشمسية، ينتج البيروفسكايت شحنة كهربائية في وجود ضوء الشمس.
ورغم أن البيروفسكايت يتمتع بإمكانات هائلة، فقد واجه العلماء صعوبة في تصنيعه بحيث يظل صالحاً للاستخدام لأكثر من بضعة أشهر. والبيروفسكايت معرض بشكل خاص للتلف بسبب الرطوبة الزائدة، كما أنه قد يتفكك بعد تعرضه للهواء عبر تفاعلات كيميائية متطايرة.
دمج عدة طبقات حساسة للضوء
بمرور الوقت، وجد الباحثون أن البيروفسكايت يمكن أن يظل مستقرًا في هياكل طبقية مثل الخلايا الترادفية، التي تجمع بين البيروفسكايت وخلايا السيليكون. اختار الفريق في أكسفورد نهج “متعدد الوصلات”، حيث يتم دمج عدة طبقات حساسة للضوء تتوافق مع أطوال موجية مختلفة من الضوء لتحسين حساسية المادة الشمسية للضوء بشكل عام.
كانت الطبقة الرقيقة الناتجة من الفيلم الشمسي فعّالة بنسبة 27% عند تحويل ضوء الشمس إلى طاقة – مقارنة بكفاءة الألواح السليكونية المتوفرة في السوق اليوم والتي تبلغ 22% تقريبًا.
وأشار الباحثون إلى أنهم نجحوا بشكل كبير في تحسين نتائجهم باستخدام البيروفسكايت في السنوات الخمس الماضية، بعد أن بدأوا بكفاءة 6%.
وقال جونكي وانج ، أستاذ الفيزياء بجامعة أكسفورد، في بيان : “يمكننا تصور تطبيق طلاءات البيروفسكايت على أنواع أوسع من الأسطح لتوليد الطاقة الشمسية الرخيصة، مثل أسطح السيارات والمباني وحتى ظهور الهواتف المحمولة.. إذا أمكن توليد المزيد من الطاقة الشمسية بهذه الطريقة، فيمكننا توقع انخفاض الحاجة في الأمد البعيد إلى استخدام الألواح السيليكونية أو بناء المزيد والمزيد من المزارع الشمسية”.
ويعتقد الباحثون أن البيروفسكايت قد يسمح بمرور الوقت للألواح الشمسية بتجاوز 45% من كفاءتها ــ وهو الحد الأقصى استناداً إلى الأساليب الحالية وفهمنا للفيزياء. وهذا من شأنه أن يسمح لهم بتوليد قدر أعظم كثيراً من الطاقة لكل بوصة مربعة من المادة الشمسية قيد التشغيل، مع توليد الطاقة أيضاً في ظل الإضاءة المنخفضة للغاية.
