الولايات المتحدة الأمريكية: ابتكار طريقة لاستخدام البيروفسكيت في تصنيع للألواح الكهروضوئية يمهد لتوسيع نطاق الإنتاج

سولارابيك – نيوميكسيكو، الولايات المتحدة الأمريكية – 18 مارس 2021: أعلن فريق من العلماء في مخبر لوس ألاموس الوطني «Los Alamos International Laboratory» عن توصلهم لطريقة جديدة لتصنيع خلايا بيروفسكيت «perovskite» الكهروضوئية والتي قد تكون الطريقة لتجاوز معوقات التصنيع والوصول إلى مرحلة الإنتاج الضخم للألواح الكهروضوئية من خلايا «perovskite».

أجريت الدراسة في مركز تقنيات النانو المتكاملة ونشرت الورقة البحثية المتعلقة بالاختراع في في مجلة جول العلمية.

تقنية مرتقبة من العالم

يُنظر إلى خلايا «perovskite» الكهروضوئية كمنافس حقيقي للخلايا السيليكونية الكهروضوئية المنتشرة اليوم في كافة أنحاء العالم ولكن مازال من الصعب إدخالها إلى الأسواق بسبب صعوبة إيجاد حل للتحدي الأكبر المتمثل بزيادة إنتاج الألواح الكهروضوئية بهذه التقنية ونقلها من التصنيع على مستوى المختبرات إلى التصنيع على مستوى المصانع.

ابتكر الفريق من المخبر بالتعاون مع فريق من الباحثين من جامعة تايوان الوطنية «NTU» عملية طلاء تدور بخطوة واحدة من خلال إدخال مادة سلفولان «sulfolane» كمادة مضافة إلى خلية البيروفسكيت قبل تشكيلها أو إلى السائل الذي يُشكل بلورات البيروفسكيت عن طريق تفاعل كيميائي.

سمحت العملية الجديدة للفريق بإنتاج خلايا كهروضوئية بإنتاجية عالية ومساحة كبيرة وتتمتع بكفاءة عالية، كما تمتلك عمراً تشغيلياً طويلاً.

وبالاعتماد على طريقة إشابة بسيطة تمكن الفريق من وضع غشاء رقيق «thin film» متبلور عالي الجودة من بلورات البيروفسكيت لتغطية مساحة فعالة كبيرة من لوحين صغيرين بحيث كانت المساحة الأولى عبارة عن 16 سم مربع والثانية حوالي 37 سم مربع.

إن تصنيع غشاء رقيق موحد على كامل اللوح الكهروضوئي يؤثر بشكل أساسي على أداء اللوح.

البيروفسكيت
Image Source: LANL

نتائج الورقة البحثية

تمكن اللوحان الصغيران (16 سم مربع و37 سم مربع) من تحقيق كفاءة بلغت 17.58% و16.06% على التوالي مما يجعلها أفضل كفاءة لخلايا بيروفسكيت حتى تاريخ نشر هذه الورقة.

يعد الزمن أهم معوق للانتقال بتصنيع خلايا بيروفسكيت على المستوى الصناعي وذلك لأن تصنيع الخلية وفقاً للطرق المعروفة سابقاً يتطلب إجراء عدة عمليات متمثلة بوضع طبقة الغشاء الرقيق فوق المادة المتفاعلة للحصول على غشاء بلوري موحد يرتبط مع الطبقات التي تليه، وكل هذه العمليات يجب أن يتم التحكم بها بدقة في ثوانِ معدودة.

إن استخدام السلفولان «sulfolane» في خلايا البيروفسكيت يساهم في إطالة زمن عملية التصنيع من 9 ثوانِ إلى 90 ثانية، مما يسمح بتكوين طبقات متبلورة للغاية ومضغوطة على مساحة كبيرة مع كونها أقل اعتمادًا على ظروف المعالجة.

يمكن جعل الطريقة التي تعتمد على السلفولان متكيفة بسهولة مع تقنيات التصنيع الصناعية الحالية، مما يساعد على تمهيد الطريق نحو التسويق.

مادة البيروفسكيت - Perovskite

البيروفسكيت: هو أوكسيد الكالسيوم تيتانيوم أو كالسيوم تيتانيت وصيغته الكيميائية CaTiO3 ويطلق هذا الاسم أيضاً على جميع المعادن التي تتميز بنفس البنية الجزيئية البلورية مثل أوكسيد الكالسيوم تيتانيوم.

وتتميز هذه المادة بأنه من الممكن هندستها وتصنيعها في أغشية رقيقة للغاية.

تعليق كاتب الورقة البحثية

إن عملنا يمهد الطريق لإنتاج منخفض التكلفة وعالي الإنتاجية على نطاق تجاري لوحدات شمسية واسعة النطاق في المستقبل القريب. لقد تمكنا من إثبات هذا النهج من خلال وحدتين صغيرتين وصلتا إلى مستويات عالية في تحويل ضوء الشمس إلى طاقة وبعمر تشغيلي أكبر. نظرًا لأن هذه العملية سهلة ومنخفضة التكلفة، فإننا نعتقد أنه يمكن تكييفها بسهولة مع التصنيع القابل للتطوير في البيئات الصناعية

وانيه ني، أحد فريق الباحثين في مركز تقنيات النانو المتكاملة وصاحب الورقة البحثية المنشورة في مجلة جول.

تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…

نتمنى لكم يوماً مشمساً!

حنا ندروس

مهندس طاقة كهربائية محرر في القسم التعليمي وأخبار الطاقة المتجددة ومهتم بأبحاث الطاقة المتجددة بشكل عام والطاقة الشمسية بشكل خاص.

0 0 votes
Article Rating
Subscribe
نبّهني عن
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments