سولارابيك، السويد – 9 أكتوبر 2025: كشف باحثون من مختبر النانوتكنولوجي الأيبيري الدولي (INL) بالتعاون مع جامعة أوبسالا السويدية، عن ابتكار قد يغير مستقبل الطاقة الشمسية، يتمثل في تطوير مرآة ذهبية نانوية تعمل على تعزيز كفاءة الخلايا الشمسية فائقة الرقة. ويفتح هذا الإنجاز الباب واسعًا أمام جيل جديد من الألواح الشمسية تتميز بكونها أخف وزنًا وأقل تكلفة وأكثر متانة، مما يمهد الطريق لتطبيقات مرنة ومتعددة الاستخدامات في قطاعات مختلفة مثل المركبات والمباني والأجهزة المحمولة.
وفي حين أن الخلايا فائقة الرقة جذابة لمرونتها وانخفاض متطلباتها من المواد، إلا أنها عانت تاريخيًا من ضعف الكفاءة بسبب تسرب الضوء والطاقة من طبقتها الخلفية، وهي المشكلة التي يعالجها هذا الابتكار بشكل مباشر.
آلية عمل مبتكرة وتصنيع منخفض التكلفة
صمم الفريق، بقيادة الباحث بيدرو سالومي، بنية هندسية جديدة للخلايا الشمسية تعالج تحديين رئيسيين في آن واحد. وتتكون هذه البنية من طبقة ذهبية رقيقة جدًا ومنقوشة بدقة نانوية، مغطاة بطبقة من أوكسيد الألومنيوم، لتُدمج في الجزء الخلفي من الخلية الشمسية. تعمل هذه الإضافة كـ”مرآة حابسة للضوء”، حيث تعكس الفوتونات مرة أخرى إلى داخل الطبقة الممتصة للضوء ليتم امتصاصها مرة ثانية، وهي عملية تُعرف بـ”إدارة الضوء”. وبالإضافة إلى ذلك، تؤدي طبقة أوكسيد الألومنيوم دورًا حيويًا في تقليل الضياعات الكهربائية عبر عملية “التخميل البيني” (interface passivation)، والتي تمنع إعادة اتحاد الإلكترونات وإهدار الطاقة. كما أنه، ولتجاوز تكاليف التصنيع المرتفعة لمثل هذه الهياكل النانوية، استخدم الباحثون تقنية مبتكرة ذات خطوة واحدة تُسمى “الطباعة الحجرية بالبصمة النانوية” (nanoimprint lithography)، والتي تشبه عملية ختم النقش الدقيق مباشرة على السطح، مما يجعلها أسرع وأكثر ملاءمة للإنتاج على نطاق صناعي.
نتائج واعدة وتطبيقات مستقبلية
أجرى الفريق اختباراتهم على خلايا شمسية فائقة الرقة من نوع ACIGS ((Ag,Cu)(In,Ga)Se2))، وهي خلايا أغشية رقيقة معروفة بكفاءتها العالية، ووجدوا أن التقنية الجديدة أدت إلى زيادة الكفاءة بنحو 1.5%، وهو تحسن يُعزى بشكل أساسي إلى زيادة امتصاص الخلية للضوء. ووجد الباحثون أيضًا أن هذه الخلايا تعمل بأفضل شكل عند تصنيعها في درجة حرارة 450 درجة مئوية (842 درجة فهرنهايت)، مما يمنع ذرات الذهب من الانتشار، وهي مشكلة شائعة تضر بالأداء. ويؤكد هذا النجاح إمكانية استخدام هذه التقنية على مواد مرنة، كالأغشية البلاستيكية. وحسب الباحث الرئيسي أندريه فيولاس، فإن “هذه البنية الهندسية تقربنا أكثر من تصنيع خلايا شمسية خفيفة الوزن ومرنة بكفاءة كافية للتطبيقات الواقعية”. من جانبها، أضافت الباحثة جينيفر تيكسيرا أن هذا العمل هو “ثمرة جهودنا في دمج إدارة الضوء مع التخميل البيني، مما يمكننا من ابتكار بنى هندسية جديدة للخلايا الشمسية”.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: inl
