كلما قلت لأني أعمل مع خلايا شمسية ، سألت نفس السؤالين: هل ستكون رخيصة بالفعل؟ وهل يمكنك الحصول علي بعض؟ في حين أن الإجابة على السؤال الثاني لا ، فإن الإجابة على السؤال الأول أكثر إيجابية. على أساس سنوي ، كانت الألواح الشمسية تغرق في الأسعار وتحسن في الكفاءة التي يمكنها من خلالها تحويل الضوء إلى طاقة.

في الوقت نفسه تستمر تكاليف الوقود الأحفوري في الارتفاع ، وفي السنوات القليلة القادمة سنصل إلى النقطة التي تتداخل فيها التكاليف - بعض الأرقام توحي هذا قد حدث بالفعل. السؤال ليس ما إذا كانت الطاقة الشمسية تستطيع أن تحل محل الوقود الأحفوري كأرخص وسيلة لإنتاج الطاقة ، بل متى.

في حين أن هذا قد أعطى دفعة هائلة لصناعة الطاقة الشمسية ، فإن الإثارة الرئيسية في قطاع الطاقة الشمسية اليوم ترجع إلى نوع جديد من المواد يسمى perovskite. ومن خلال الجمع بين بعض أفضل أنواع المواد السائدة ، ثبت أنه مرون بشكل لا يصدق - لدرجة أن الباحثين في جامعة شيفيلد قاموا بتصنيع الخلايا الشمسية perovskite كسائل رش. إذن ما هو perovskite ، وما هو طنين حوله؟

فالخلايا الشمسية ، وهي مكون من الألواح الشمسية التي تتفاعل مع الضوء ، مبنية على ما يعرف باسم المواد الضوئية. عندما يضرب الضوء هذه المواد يتم تحرير الإلكترونات للتنقل خلال المادة. مع تصميم دقيق لهيكل هذه الخلايا الشمسية ، يمكن جمع هذه الإلكترونات في تيار تيار كهربائي. هذه هي العملية التي توفر خاصية سحرية إلى حد ما للألواح الشمسية - أشعة الشمس في والكهرباء.

داخل لوحة شمسية

بشكل عام ، يمكن تقسيم الخلايا الشمسية إلى مجموعتين متميزتين - تلك القائمة على مواد فوتوفلطية غير عضوية ، مثل السيليكون أو الكادميوم تيلورايدوتلك التي تعتمد على مركبات عضوية محددة ، مثل PCDTBT. كلاهما لهما مزايا وعيوب كل منهما.

المواد غير العضوية هي بالفعل راسخة صناعيا ، وقادرة على تحويل الضوء إلى كهرباء أكبر من كفاءة 20٪ وإنشاء الألواح الشمسية مع أكثر من سنوات عمر 25. الجانب السلبي هو أن المواد الخام المطلوبة ، خاصة مع السيليكون ، يمكن أن تكون باهظة الثمن.

تعتمد الخلايا الشمسية العضوية على مواد يمكن أن تكون منخفضة التكلفة ويمكن حتى تصنيعها من محلول سائل ، مما يجعلها سريعة جدًا ورخيصة الإنتاج. ومع ذلك ، حتى على مستوى المختبر ، تكافح الخلايا الشمسية العضوية لتحقيق كفاءات أكثر من 10٪. والأهم من ذلك ، أن المركبات العضوية تتحلل تحت الضوء بشكل تدريجي ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى تقليل عمر اللوحة إلى عدة أشهر أو أسابيع بدلاً من سنوات. وبالتالي ، نادرًا ما تستخدم هذه المواد العضوية لإنتاج الألواح الشمسية ، حيث لا أحد يحب فكرة الاضطرار إلى التسلق على سطحه لاستبدالها كل ستة أشهر. من الناحية المثالية ، نريد خلية شمسية ذات أداء وثبات طويل المدى للمواد غير العضوية مع التكلفة المنخفضة للغاية للمواد العضوية.

أدخل Perovskite

في السنوات القليلة الماضية شهدت أبحاث الطاقة الشمسية ظهور طبقة جديدة رائعة من المواد المعروفة باسم perovskites. هذه مادة عضوية غير عضوية هجين ، وهي عبارة عن مركب عضوي بعنصر غير عضوي متصل. Perovskite يشير إلى نوع معين من بنية الكريستال ، والذي يحدث بشكل طبيعي في بعض المعادن. هذه المركبات الهجينة لها هذا التركيب البلوري ولكنها أيضا مجموعة معقدة من الأمونيا العضوية ومجموعات الميثيل مع يوديد الرصاص غير العضوي أو الرصاص جزيئات كلوريد المرفقة.

والسبب في الإثارة التي تحيط بهذه المواد هو معدل مذهل بصراحة في التي وضعت. سابقا كلما تم اكتشاف مادة جديدة كانت قد اتخذت عدة سنوات 10-20 من الأبحاث للتوصل إلى معدل كفاءة حتى 10٪. الخلايا الشمسية Perovskite ظهرت فقط في 2012، ولكن مسافة السباق بالفعل التحويلات من أكثر من كفاءة 19٪. إن معدل النمو الحاد هذا لم يسبق له مثيل في الأبحاث الشمسية.

باعتبارها مادة هجينة ، فضلا عن تفاخر كفاءات جيدة كما هو الحال مع المواد غير العضوية ، يمكن أن تستفيد perovskites أيضا من قدرة المواد الشمسية العضوية لتكون حلا سائلا. هذا هو ما استغلت مجموعة البروفيسور ديفيد ليدزي في جامعة شيفيلد ، من رش البيروفسكايت كطبقة سائلة على مادة الركيزة. وهذا يسمح بتصنيع الخلايا الشمسية بكميات كبيرة وتكلفة منخفضة.

مستقبل البيروفسكايت

هل هذا يعني أن جميع الخلايا الشمسية في المستقبل ستعتمد على perovskites؟ انها المبكر جدا القول. على الرغم من أن لديهم العديد من الفوائد لا يزال هناك عدد من التحديات الرئيسية التي يتعين التغلب عليها.

هناك بعض الأسئلة المتعلقة بالتأثير البيئي المحتمل لمحتوى الرصاص في المادة (على الرغم من أن العمل مستمر لإزالة متطلبات الرصاص) ومدى سهولة تغيير الإنتاج إلى حجم تجاري مفيد. كما هو الحال مع الخلايا الشمسية العضوية ، فإن استقرارها على المدى الطويل أمر مشكوك فيه للغاية ، وهي حساسة بشكل خاص للرطوبة - بضع قطرات من الماء يمكن أن تدمر المادة بالكامل.

وبناءً على ذلك ، فإن بناء وحدة من الألواح الشمسية من perovskite قادرة على البقاء على قيد الحياة لعقود في الهواء الطلق على الأرجح ما زال بعيدًا بعض الشيء - في الواقع ، لا يوجد ضمان حتى أنه ممكن. ولكن ما هو مؤكد هو أن إمكانات الخلايا الشمسية perovskite مذهلة ، وإذا كان من الممكن تحقيق وعد المادة يمكن أن تحدث ثورة في قدرات الطاقة الشمسية.

تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة.
قراءة المقال الأصلي.

عن المؤلف

جون ميجور زميل باحث في جامعة ليفربول. تشمل اهتماماته البحثية الأفلام الرقيقة والخلايا الكهروضوئية وأشباه الموصلات والموصلات الشفافة.

بيان الإفصاح عن المعلومات: ينتمي جون ميجور إلى اتحاد الأبحاث الوطني "supersolar" التابع لشركة SUPERGEN.

أوصى كتاب:

السحر الأخضر: الحفظ ، والطاقة الشمسية ، والبستنة العضوية ، ومهارات عملية أخرى من مجموعة أدوات التكنولوجيا المناسبة - بقلم جون مايكل جرير

في العصور القديمة ، كان الساحر مفكراً مستقلاً كان مخزونه الرئيسي في التجارة نصيحة جيدة ، مدعوماً بتعليم شامل في الزراعة والملاحة والعلوم السياسية والعسكرية واللغات والتجارة والرياضيات والطب والعلوم الطبيعية. هذا الكتاب هو من الضروري قراءة أي شخص مهتم بالحد من اعتمادنا على النظام الصناعي المثقل بالأعباء ، وفي عالم يعاني من نقص خطير في الطاقة والمتاعب الاقتصادية ، يجعل الحياة أقل صدمة وأقل قابلية للعيش. من المفاهيم الأساسية للإيكولوجيا إلى مجموعة كبيرة من التقنيات العملية ، يعتبر Green Wizardry دليلاً شاملاً للمعالج الحالي في التدريب.

اضغط هنا لمزيد من المعلومات و / أو لطلب هذا الكتاب.