سولارابيك – أمريكا – 14 أبريل 2022: طور باحثون من معهد «ماساتشوستس – MIT» للعلوم والتكنولوجيا وجامعة «ستانفورد – Stanford» تقنية جديدة لتصنيع خلايا البيروفسكيت الشمسية واعتمدوا بذلك على تقنيات الذكاء الاصطناعي واستبدلوا تقنية «الطلاء الدوراني – Spin Coating» بتقنية «رش البلازما السريع – RSPP » مما ساعدهم على تحقيق كفاءة تحويل تصل إلى 18.5%.
خلايا البيروفسكيت
البيروفسكيت عبارة عن مجموعة من المواد تمتاز بهيكلها البلوري الفريد وهناك طرق مختلفة لتصنيعها، وتكمن أهميتها في أنه يمكن تصنيعها بإنتاجية عالية جداً في درجة حرارة الغرفة بدلا من مئات الدرجات، إضافةً إلى أنها أرخص وأسهل في النقل والتركيب وتعتبر منافس قوي للسيلكون فهي تحمل وعوداً بألواح أرق وأخف وزناً، ولكن تصنيع مثل هذه الخلايا على نطاق واسع ونقل التجارب المخبرية إلى منتَج قابل للتصنيع يشكل عقبة كبيرة.
تقنية «رش البلازما السريع» لتصنيع خلايا البيروفسكيت
تعتمد معظم عمليات تطوير مواد البيروفسكيت في المعامل على تقنية «الطلاء الدوراني» والتي تعتبر طريقة غير عملية للتصنيع على نطاق واسع، لذلك وجد الفريق أن هناك تقنية أفضل وهي «رش البلازما السريع ».
تتم عملية التصنيع باستخدام سطح متحرك من لفة إلى لفة أو لسلسلة من الصفائح ،حيث يتم أثناء لف الصفيحة رش المواد الأولية لمركب البيروفسكيت، تنتقل المادة بعد ذلك إلى مرحلة المعالجة.
العوامل المؤثرة على عملية تصنيع البيروفسكيت بتقنية «رش البلازما السريع»
يؤثر في هذه العملية مالا يقل عن عشرة متغيرات، ويمكن التحكم في بعض هذه العوامل أكثر من البعض الآخر مثل مواد المرحلة الابتدائية ودرجة الحرارة والرطوبة وسرعة مسار المعالجة ومسافة بعد فوهة الرش عن المواد المراد رشها إضافةَ لطرق معالجة المادة
دور الذكاء الاصطناعي في تصنيع خلايا البيروفسكيت
طور الباحثون على مدى السنوات القليلة الماضية نظاماً مكنهم من دمج البيانات المأخوذة من التجارب السابقة والمعلومات المبنية على أساس الملاحظات الشخصية من قبل العمال الخبراء بعملية أنظمة تعلم الآلة باستخدام عامل احتمالية يعتمد على تقنية رياضية تسمى «Bayesian Optimization».
يسمح النظام للقائمين بالتجربة بتوجيه عمليتهم بسرعة أكبر من أجل تحسينها لمجموعة معينة من الشروط أو النتائج المطلوبة. كما ركز الفريق في تجاربهم على تحسين إنتاج الطاقة، ولكن يمكن أيضاً استخدام النظام لدمج معايير أخرى في نفس الوقت، مثل التكلفة والمتانة وهو أمر يواصل أعضاء الفريق العمل عليه.
فريق الباحثين
أعد الورقة بحثية التي نُشرت في مجلة «Joule» أستاذ الهندسة الميكانيكية في معهد «ماساتشوستس –MIT» للتكنولوجيا تونيو بوناسيسي، وأستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة «ستانفورد – Stanford» رينهولد داوسكاردت، ومساعد أبحاث معهد «ماساتشوستس –MIT» للتكنولوجيا حديثًا زهي ليو، وخريج الدكتوراه في جامعة «ستانفورد – Stanford» نيكولاس رولستون، كما ضم الفريق أوستن فليك وتوماس كولبورن من جامعة «ستانفورد – Stanford» وزيكون رين من تحالف سنغافورة ومعهد «ماساتشوستس –MIT» للعلوم والتكنولوجيا ووزارة الطاقة ، وقد تم دعم العمل من مبادرة mit للطاقة وبرنامج الدراسات العليا من مؤسسة العلوم الوطنية وبرنامج«smart»
تعليقات الباحثين
يتكيف سير العملية بسهولة مع تقنيات الترسيب التي تسيطر على الفيلم الرقيق ويركز العمل الحالي على تصنيع البيروفسكيت باستخدام تقنية الطلاء الدوراني يمكن لهذا النهج أن يحرز تقدماً مثيراً لتصنيع مجموعة أوسع من المواد بما في ذلك المصابيح والتقنيات الكهروضوئية الأخرى والجرافين وأي صناعة تستخدم أي شكل من أشكال ترسيب البخار أو الترسيب الفراغي
السيد تيد سارجنت، أستاذ جامعي في جامعة «ستانفورد – Stanford»
إننا الآن نتواصل مع الشركات، ولقد أصبحت الشيفرة التي طورناها متاحة مجاناً وموجودة الآن على GitHub ويمكن لأي شخص تنزيها وتشغيلها ويسعدنا أن نساعد الشركات على البدء في استخدام الكود الخاص بنا
الأستاذ تونيو بوناسيسي، أستاذ في معهد «ماساتشوستس –MIT»
يسمح النظام الآن للمجربين بتوجيه عمليتهم بسرعة أكبر من أجل تحسينها وفقاً لمجموعة معينة من الشروط أو النتائج المطلوبة ولقد ركز الفريق جهوده على إنتاج الطاقة ولكن يمكن استخدام النظام لدمج معايير أخرى في وقت واحد مثل التكلفة والمتانة وهو الأمر الذي يواصل أعضاء الفريق العمل عليه
الأستاذ تونيو بوناسيسي، أستاذ في معهد «ماساتشوستس –MIT»
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
