التقدم في تكنولوجيا الألواح الشمسية

قد تكون الحرب ضد تغير المناخ تتسارع ، ولكن يبدو أن خلايا السيليكون الشمسية ذات الطاقة الخضراء وصلت إلى حدودها القصوى.الطريقة الأكثر مباشرة لإجراء التحويل الآن هي باستخدام الألواح الشمسية ، ولكن هناك أسباب أخرى تجعلها الأمل الكبير للطاقة المتجددة.

المكون الرئيسي لها ، السيليكون ، هو ثاني أكثر المواد وفرة على الأرض بعد الأكسجين.نظرًا لأنه يمكن وضع الألواح حيث تكون الطاقة مطلوبة - في المنازل والمصانع والمباني التجارية والسفن ومركبات الطرق - فهناك حاجة أقل لنقل الطاقة عبر المناظر الطبيعية ؛والإنتاج الضخم يعني أن الألواح الشمسية الآن رخيصة جدًا ، وأصبحت اقتصاديات استخدامها لا جدال فيها.

وفقًا لتقرير توقعات الطاقة لعام 2020 الصادر عن وكالة الطاقة الدولية ، تنتج الألواح الشمسية في بعض المواقع أرخص أنواع الكهرباء التجارية في التاريخ.

حتى تلك الدببة التقليدية "ماذا لو كانت مظلمة أو غائمة؟"أصبحت أقل إشكالية بفضل التطورات التحويلية في تكنولوجيا التخزين.

تجاوز حدود الطاقة الشمسية

إذا كنت تتوقع "لكن" ، فهذه هي: لكن الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون تصل إلى الحدود العملية لكفاءتها بسبب بعض قوانين الفيزياء غير الملائمة تمامًا.أصبحت خلايا السيليكون الشمسية التجارية الآن فعالة بنسبة 20 في المائة فقط (على الرغم من أنها تصل إلى 28 في المائة في بيئات المختبر. الحد العملي لها هو 30 في المائة ، مما يعني أنها لا تستطيع تحويل سوى حوالي ثلث الطاقة المستلمة من الشمس إلى كهرباء).

ومع ذلك ، ستنتج الألواح الشمسية طاقة خالية من الانبعاثات عدة مرات في حياتها أكثر مما تم استخدامه في تصنيعها.

خلية شمسية من السيليكون / البيروفسكايت

بيروفسكايت: مستقبل مصادر الطاقة المتجددة

مثل السيليكون ، هذه المادة البلورية نشطة ضوئيًا ، مما يعني أنه عندما يصطدم بالضوء ، تصبح الإلكترونات في هيكلها متحمسة بدرجة كافية للانفصال عن ذراتها (هذا التحرر للإلكترونات هو أساس كل توليد الكهرباء ، من البطاريات إلى محطات الطاقة النووية) .بالنظر إلى أن الكهرباء سارية المفعول ، خط كونجا من الإلكترونات ، عندما يتم توجيه الإلكترونات السائبة من السيليكون أو البيروفسكايت إلى سلك ، تكون الكهرباء هي النتيجة.

البيروفسكايت عبارة عن مزيج بسيط من المحاليل الملحية التي يتم تسخينها إلى ما بين 100 و 200 درجة لتأسيس خصائصها النشطة ضوئيًا.

مثل الحبر ، يمكن طباعته على الأسطح ، وهو قابل للانحناء بطريقة ليست كذلك مع السيليكون الصلب.نظرًا لاستخدامها بسماكة تصل إلى 500 مرة أقل من السيليكون ، فهي أيضًا فائقة الخفة ويمكن أن تكون شبه شفافة.هذا يعني أنه يمكن تطبيقه على جميع أنواع الأسطح مثل الهواتف والنوافذ.لكن الإثارة الحقيقية تدور حول إمكانات إنتاج طاقة البيروفسكايت.

التغلب على التحدي الأكبر الذي يواجه البيروفسكايت - التدهور

حولت أجهزة البيروفسكايت الأولى في عام 2009 3.8 بالمائة فقط من ضوء الشمس إلى كهرباء.بحلول عام 2020 ، كانت الكفاءة 25.5 في المائة ، بالقرب من سجل مختبر السيليكون البالغ 27.6 في المائة.هناك شعور بأن كفاءتها قد تصل قريبًا إلى 30 بالمائة.

إذا كنت تتوقع "لكن" حول البيروفسكايت ، حسنًا ، هناك زوجان.مكون من شعرية بيروفسكايت البلورية هو الرصاص.الكمية صغيرة ، لكن السمية المحتملة للرصاص تعني أنه يجب أخذها في الاعتبار.تكمن المشكلة الحقيقية في أن مادة البيروفسكايت غير المحمية تتحلل بسهولة من خلال الحرارة والرطوبة والرطوبة ، على عكس ألواح السيليكون التي تُباع بشكل روتيني بضمانات لمدة 25 عامًا.

يعتبر السيليكون أفضل في التعامل مع موجات الضوء منخفضة الطاقة ، ويعمل البيروفسكايت بشكل جيد مع الضوء المرئي عالي الطاقة.يمكن أيضًا ضبط البيروفسكايت لامتصاص أطوال موجية مختلفة من الضوء - الأحمر والأخضر والأزرق.مع المحاذاة الدقيقة للسيليكون والبيروفسكايت ، هذا يعني أن كل خلية ستحول المزيد من طيف الضوء إلى طاقة.

الأرقام مثيرة للإعجاب: يمكن أن تكون كفاءة الطبقة الواحدة 33 في المائة ؛كدس خليتين ، 45 بالمائة ؛ثلاث طبقات تعطي كفاءة بنسبة 51 بالمائة.هذه الأنواع من الأرقام ، إذا أمكن تحقيقها تجاريًا ، ستحدث ثورة في الطاقة المتجددة.