إلى أي مدى يمكن أن تنخفض الخلايا الشمسية؟ يقول باحثو البيروفسكايت "يسقط ، يسقط"

2023 مؤلف: Isabella Ferguson | [email protected]. آخر تعديل: 2023-11-26 12:44

تنخفض تكلفة الطاقة الشمسية عمليًا يومًا بعد يوم ، وستؤدي مادة الخلايا الشمسية "الساخنة" الجديدة التالية - البيروفسكايت - إلى خفض التكاليف بشكل أكبر. حتى الآن لا يمكنك الحصول على خلايا البيروفسكايت الشمسية في المتاجر ، ولكن هذا العام ستدخل السوق بقطر ضئيل ، وتشير مجموعة من الأبحاث الجديدة إلى أن هذا التدفق سوف يتحول إلى فيضان. عندما يحدث ذلك ، انتبه. سوق الفحم الحراري موجود بالفعل في محمصة الخبز ويمكن للبيروفسكايت أن يقلى حتى يصبح هشًا بينما يسحب الغاز الطبيعي إلى الأسفل أيضًا.

تعد باناسونيك من بين الشركات التي تجهز خلايا بيروفسكايت الشمسية منخفضة التكلفة للسوق (الصورة عبر باناسونيك).

بيروفسكايت للحصول على خلايا شمسية أكثر وأرخص

البيروفسكايت هو معدن طبيعي (يُعرف أيضًا باسم تيتانات الكالسيوم) وهو معروف للعلم منذ اكتشافه في جبال الأورال في عام 1839.

ربما كان العلم قد عرف البيروفسكايت ، لكن الباحثين لم يستخدموا القطن بالكامل لخصائصه الكهروضوئية حتى الخمسينيات من القرن الماضي.

يعتبر البيروفسكايت الاصطناعي غير مكلف نسبيًا وسهل الصنع ، مما يثير احتمالية استخدامه كبديل للسيليكون ، المكون الرئيسي في الخلايا الشمسية اليوم. السيليكون فعال ولكنه مكلف ، وقد تم البحث عن البدائل.

هذا يقودنا إلى اليوم ، عندما اكتشف الباحثون كيفية حل كعب أخيل من البيروفسكايت ، وهو ميله إلى الانهيار في الظروف الرطبة. أحد الحلول ، على سبيل المثال ، هو إضافة جرعة من الجرافين إلى المزيج.

NREL للإنقاذ بخلايا بيروفسكايت الشمسية محكمة الغلق

قطعة أخرى من اللغز هي استخدام الرصاص في خلايا البيروفسكايت الشمسية. وفقًا لأصدقائنا في المختبر الوطني للطاقة المتجددة ، فإن إضافة الرصاص بكميات دقيقة يمكن أن يزيد من كفاءة خلايا البيروفسكايت الشمسية بالقرب من نطاق 25٪. بدون هذه المساعدة ، يتم خفض الكفاءة إلى النصف.

تكمن المشكلة في أن الرصاص سام في البيئة ، وأن شكل الرصاص المستخدم في خلايا البيروفسكايت يذوب في الماء. هذه في الواقع ليست مشكلة إذا كانت الخلية جالسة هناك دون إزعاج ، ولكن يمكن أن يتعرض الرصاص في حالة تلف الخلية.

توصل فريق من الباحثين من NREL إلى طريقة للتخلص عمليًا من هذا الخطر. حلهم هو طلاء جانبي الخلية بغشاء متين يمتص الرصاص.

كيف دائم؟ تحقق من مجلة Nature واحصل على جميع التفاصيل من ورقتهم ، "عزل الرصاص على الجهاز لخلايا بيروفسكايت الشمسية" ، والتي تصف الاختبارات التي شملت المطارق والسكاكين والحمض ، من بين عوامل الإجهاد الأخرى.

خلية بيروفسكايت جاهزة للسوق من باناسونيك

وفي الوقت نفسه ، تعمل باناسونيك ومنظمة تنمية التكنولوجيا الصناعية اليابانية الجديدة على خفض تكاليف التصنيع لوحدات الخلايا الشمسية البيروفسكايت.

في أحدث التطورات ، نتج عن التعاون خلية كهروضوئية فعالة بنسبة 16.09٪ يمكن تصنيعها من خلال نشر عملية إنتاجية عالية الحجم وعالية الحجم مماثلة للطباعة بنفث الحبر.

بصرف النظر عن خفض التكاليف ، يمكن للخلية خفيفة الوزن أن تعمل بكفاءة في التطبيقات التي تكون فيها خلايا السيليكون الشمسية غير عملية ، مثل النوافذ وواجهات المباني.

تعد كفاءة التحويل البالغة 16.09٪ مناسبة جدًا لهذا النوع من الخلايا ، لكن الشركاء يخططون لتعديل صيغة البيروفسكايت الخاصة بهم من أجل التحسينات المستقبلية. على أي حال ، يتم موازنة الكفاءة الأقل من خلال إمكانية تغطية مناطق أكبر بتكلفة أقل.

البيروفسكايت والسيليكون معًا

في الطرف الأعلى من مقياس الكفاءة ، توجد استراتيجية الجمع بين البيروفسكايت والسيليكون في خلية شمسية ترادفية واحدة. يأتي آخر التطورات في هذا المجال من فريق بحث في جامعة كاوناس للتكنولوجيا في ليتوانيا.

تم اعتماد الخلية الترادفية الجديدة المصنوعة من البيروفسكايت والسيليكون من قبل Fraunhofer بكفاءة تبلغ 29.15٪ ، وهو رقم قياسي لهذا النوع من الخلايا.

الفكرة الأساسية هي استخدام البيروفسكايت منخفض التكلفة كوسيلة لتمديد السيليكون الأكثر تكلفة.

وفقًا للباحثين ، فإن جرامًا واحدًا من السيليكون يصلح فقط لإنتاج بضعة سنتيمترات مربعة من المواد الشمسية. يمكن أن تغطي موادهم الترادفية ما يصل إلى 1000 متر مربع.

على جانب التصنيع ، يتم تخفيض التكاليف من خلال نشر عملية التجميع الذاتي. هذا هو الشرح من المدرسة:

"الطبقات الأحادية المجمعة ذاتيًا (SAMs) تكون رقيقة مثل 1-2 نانومتر ، وتغطي كل السطح ؛ تترسب الجزيئات على السطح عن طريق غمسها في محلول مخفف. تعتمد الجزيئات على مجموعات رأس كاربازول مع مجموعات تثبيت حمض الفوسفونيك ويمكن أن تشكل SAMs على أكاسيد مختلفة."

حصلت على كل هذا؟ شركة تسمى Tokyo Chemical Industry Co. فعلت ذلك بالتأكيد. اشترت الشركة اليابانية بالفعل ترخيصًا لإنتاج المواد الترادفية.

وفي الوقت نفسه ، كان باحثون آخرون يعالجون القضية الرئيسية من خلال استكشاف القصدير كمواد بديلة.

بالنسبة إلى الوقت الذي ستصل فيه خلايا البيروفسكايت الكهروضوئية الجديدة هذه إلى أرفف متجر الأجهزة المحلي الخاص بك ، فقد تواصلت CleanTechnica مع شركة Oxford PV البريطانية للحصول على تحديث لجدولها الزمني لعام 2020 ، لذا ترقبوا المزيد حول ذلك.

الصورة: خلية بيروفسكايت الشمسية عبر باناسونيك.