اختراقات في مجال الطاقة الشمسية باستخدام الأغشية الرقيقة: تمهيد الطريق لمستقبل طاقة مرن وفعال
الكلمات المفتاحية:مواد الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، خلايا البيروفسكايت الشمسية، سي زد تي اس، التلدين بالليزر، التصنيع
تُشير سلسلة من الإنجازات الحديثة في مجال المواد الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة إلى خطوة هامة نحو حلول طاقة شمسية أكثر كفاءةً واستقرارًا وفعاليةً من حيث التكلفة. بدءًا من تقنيات التصنيع المبتكرة ووصولًا إلى الكفاءات القياسية، تُوسّع هذه التطورات آفاق تكنولوجيا الطاقة الشمسية لتتجاوز الألواح الصلبة، لتشمل تطبيقات مرنة وخفيفة الوزن تُدمج في المباني والمركبات، وحتى الأجهزة القابلة للارتداء.
دفع حدود الكفاءة
يواصل السعي لتحقيق كفاءة أعلى تحقيق نتائج مبهرة. أعلن فريق بحثي من الأكاديمية الصينية للعلوم مؤخرًا عن تطوير خلية شمسية من البيروفسكايت بكفاءة تحويل ضوئي كهروضوئي معتمدة تبلغ27.2%، وهو رقم رائع للتكنولوجيا
الأهم من ذلك، أن هذا الجهاز عالج أيضًا نقطة ضعف البيروفسكايت التاريخية، وهي الاستقرار. فقد حافظ على 86.3% من كفاءته الأولية بعد تشغيله لأكثر من 1500 ساعة تحت ضوء مستمر، وهو إنجاز مهم للجدوى التجارية.
في الوقت نفسه، يتقدم البحث في مجال مواد أكثر وفرة وأقل سمية من الخيارات التقليدية. وقد حقق فريق من جامعة نانجينغ للبريد والاتصالات تقدمًا ملحوظًا في مجال أغشية النحاس والزنك والقصدير والكبريت والسيلينيد (سي زد تي اس). ومن خلال تحسين عملية التصنيع القائمة على المحلول، نجحوا في إنتاج غشاء كهروضوئي عالي الجودة بمساحة 10.48 سم²، محققين كفاءة قدرها 10.1%. وهذا يُثبت الطريق نحو خلايا شمسية رقيقة رخيصة الثمن، وصديقة للبيئة، وقابلة للتطوير.
إحداث ثورة في التصنيع من أجل الإنتاج الضخم
من أهمّ العقبات التي واجهت خلايا البيروفسكايت الشمسية حساسية هذه المواد للهواء المحيط أثناء التصنيع، والذي يتطلب عادةً بيئات كثيفة الاستهلاك للطاقة وغنية بالغازات الخاملة. وقد قدّمت جامعة نانتشانغ حلاًّ رائداً، حيث طوّر باحثون تقنية جديدة للتلدين بالليزر.
هذه الطريقة، التي تتبلور فيها طبقة البيروفسكايت في20 ثانية باستخدام الليزر الأزرق عالي الطاقةيمكن إجراؤها في الهواء الطلق. فهي تتجاوز الحاجة إلى أجواء مُتحكم بها، وتُمثل قفزة نوعية نحو إنتاج صناعي عالي الإنتاجية، منخفض الطاقة، ومنخفض التكلفة.
مسار السوق والتوقعات المستقبلية
تُطرح هذه الابتكارات التكنولوجية في ظل نمو قوي للسوق. ومن المتوقع أن يتوسع سوق الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة عالميًا بمعدل نمو سنوي مركب يتراوح بين 12% و15% بين عامي 2025 و2035، مما قد يزيد حصته السوقية من 5% إلى 7% إلى 10% إلى 12%. ويعود هذا النمو بشكل كبير إلى المزايا الفريدة للأغشية الرقيقة، مثل المرونة وخفة الوزن، وظهور الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV).
في حين لا تزال التحديات المتعلقة بالاستقرار طويل الأمد وندرة المواد لبعض التقنيات قائمة، فإن التقارب الأخير بين مكاسب الكفاءة وتحسينات الاستقرار وعمليات التصنيع المبتكرة يُمثل نقطة تحول. ويبدو أن انتقال الألواح الشمسية الرقيقة من تقنية متخصصة إلى مصدر طاقة رئيسي وتنافسي أقرب من أي وقت مضى، مما يبشر بمستقبل طاقة أكثر تنوعًا واستدامة.
