تعمل الخلية الشمسية الترادفية المصممة خصيصًا على تحويل ضوء الشمس بنسبة 25.5% إلى كهرباء
الحجم مهم في الفيزياء الشمسية. ربما يكون العلماء في ألمانيا قد أطلقوا للتو العنان للجيل القادم من الطاقة النظيفة من خلال توليد طاقة قياسية على قطعة من المواد أكبر من طابع بريدي. حقق فريق بحث من مركز هيلمهولتز في برلين (HZB) وجامعة هومبولت في برلين رقمًا قياسيًا جديدًا معتمدًا. ومن المثير للاهتمام أن الخلية الشمسية الترادفية المصممة خصيصًا حولت 25.5 بالمائة من ضوء الشمس إلى كهرباء. ويحطم الرقم القياسي السابق الذي سجله العام الماضي بنسبة 24.6 في المائة. الطاقة الشمسية أصبحت أفضل. النصر يكمن في حجم الجهاز. تبلغ مساحة الخلية 1.081 سم². وعلى الرغم من أن هذا يبدو صغيرًا، إلا أن تجاوز عتبة 1 سم مربع يمثل عقبة هائلة في المجتمع الشمسي. في الواقع، تدرج المخططات الصناعية القياسية، مثل جدول NREL، خلايا مجهرية صغيرة يصل حجمها إلى 0.001 سم². ومع ذلك، فإن جداول كفاءة الخلايا الشمسية المرموقة، والمعروفة عالميًا باسم “الجداول الخضراء”، صارمة. ويرفض الجدول إدراج أي تقنية إلا إذا أثبتت نفسها على مساحة أكبر من 1 سم². ومن خلال عبور هذا الخط، انتقل فريق برلين من حيلة المختبر النظري إلى السجل النهائي للخلايا الكهروضوئية القابلة للتطوير. بدلاً من استخدام مادة واحدة، تقوم الخلايا الشمسية الترادفية بتكديس مادتين مختلفتين فوق بعضهما البعض، مثل الساندويتش. ولتحقيق هذا الإنجاز، قام الفريق بتجميع مادتين مختلفتين من الأغشية الرقيقة. تم استخدام طبقة النحاس والإنديوم والجاليوم والسيلينيوم (CIGS) كقاعدة. ثم تم تغطيته بمادة البيروفسكايت، وهو هيكل بلوري قابل للتكيف بدرجة كبيرة. يتم ضبط كل مادة لالتقاط جزء مختلف من طيف الضوء. تلتقط طبقة البيروفسكايت العلوية الضوء الأزرق عالي الطاقة وتحوله إلى كهرباء بكفاءة. ويمر باقي الضوء من خلاله مباشرة إلى طبقة CIGS السفلية، التي تلتقط الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء ذات الطاقة المنخفضة. تحسين الكفاءة تطلبت الهندسة دقة بالغة. قام الدكتور Guillermo Farias Basulto بتعديل قاعدة CIGS لتغيير فجوة النطاق لالتقاط الضوء بشكل أكثر فعالية. “لتجاوز إنجازنا السابق في إطار المشروع الأوروبي SOLMATES، استخدمنا خلايا CIGSe السفلية ذات فجوات نطاقية مختلفة (أي 1.05 فولت و1.1 فولت) وسمكين مختلفين من أكاسيد الزنك المطلية بالألمنيوم ذات خصائص مماثلة”، أوضح باسولتو. وفي الوقت نفسه، قام الكيميائي وواي تشانغ بفحص الطبقات الذرية بشكل منهجي لمنع تسرب الكهرباء إلى الحدود الداخلية. حتى أن تشانغ قام بتنظيم معدل تبخر “كرات الباكي” (Buckminsterfullerene) على طبقة تخميل مجهرية بقطر 1 نانومتر لتبسيط التيار. لقد نجحت. هل يمكن لهذا أن يترك المختبر؟ لقد أثبت الفريق بالفعل أنه قادر على ذلك. من خلال العمل مع جامعة العلوم التطبيقية في برلين (HTW)، نجح الباحثون في تحويل نفس مجموعة المواد إلى وحدة صغيرة تبلغ مساحتها 2.25 سم مربع. واحتفظت بكفاءة عالية بلغت 19.7 بالمئة. العلماء واثقون من أن هذه مجرد البداية. ووفقاً لفارياس باسولتو، فإن الاختبار الداخلي للبنى المعدلة قد وصل بالفعل إلى كفاءات تصل إلى 27.5 بالمائة. تشير الفيزياء إلى أن حاجز الـ 30% في متناول اليد. وأشار الباحث إلى أن “الفيزياء المضمنة في بنية الخلية الحالية لدينا تشير إلى أن 25.5 بالمائة هي مجرد نقطة انطلاق، بالنظر إلى أن اختباراتنا الداخلية لبنيات مماثلة قد وصلت بالفعل إلى كفاءات قدرها 27.5 بالمائة”. تتميز مواد CIGS والبيروفسكايت ذات الأغشية الرقيقة بأنها خفيفة الوزن ومرنة. يسمح هذا المزيج الفريد من نوعه بتطبيق الخلايا الشمسية الترادفية على الأسطح المنحنية، أو دمجها في نوافذ المبنى، أو تركيبها على أسطح المركبات حيث تكون الألواح الصلبة القياسية غير عملية. ونشرت النتائج في مجلة جول.
تم النشر: 2026-07-02 12:44:00
