أنهى فريق بحثي من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية "كاوست"، مشروع رفع كفاءة الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من مادة البيروفسكايت والسيليكون؛ إذ طور باحثو مختبر الطاقة الكهروضوئية خلية شمسية ترادفية من البيروفسكايت والسيليكون بكفاءة تحويل للطاقة تبلغ 33.2%، وهي أعلى نسبة كفاءة مسجلة للخلايا الترادفية في العالم حتى الآن، متجاوزة سجل معهد هلمهولتز برلين للمواد والطاقة الذي استطاع تحقيق نسبة كفاءة بلغت 32.5%.
وجرى اعتماد هذه الخلايا الشمسية من قبل مؤسسة اختبار الطاقة الشمسية الأوروبية "ESTI"، وتصدّرت أيضًا قائمة أفضل أبحاث كفاءة الخلايا الشمسية التي يشرف عليها المختبر الوطني للطاقة المتجددة "NREL" في الولايات المتحدة.
تطوير أبحاث الخلايا الشمسية
تعد "كاوست" الطاقة من مجالات البحث الاستراتيجية؛ التي توليها الجامعة أولوية قصوى لتطوير أبحاث الخلايا الشمسية من خلال مركزها للطاقة الشمسية الذي يضم مختبر الطاقة الكهروضوئية.
وترتفع عالميًا تكلفة تطوير الخلايا الضوئية، وحاجة مجال الطاقة الشمسية إلى مواد جديدة وأساليب مبتكرة تحقق كفاءات أعلى لدعم أهداف الطاقة المتجددة العالمية.
تحويل الجهد الكهربائي لخلايا الشمسية
وتمثل كفاءة تحويل الجهد الكهربائي للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري المهيمنة على السوق العالمية من 20-22%؛ إذ تأتي في هذا السياق الخلايا الشمسية الترادفية التي تجمع بين خلايا السيليكون والبيروفسكايت بديلاً واعدًا للغاية وعالي الأداء وقابل التطبيق على نطاق واسع للخلايا الشمسية البلورية التقليدية.
قال أستاذ هندسة وعلوم المواد والمدير المشارك المكلف لمركز أبحاث الطاقة الشمسية في "كاوست" البروفيسور ستيفان دي وولف، إن هذا الإنجاز ساهم فيه العديد من الباحثين الرواد؛ المتخصصين في التحليل الطيفي البصري وتحليل عيوب الخلايا، وقابلية التوسع والاستقرار للخلايا الشمسية الترادفية فائقة الكفاءة.
وأشار دي وولف، إلى أن الخلية الشمسية الترادفية الجديدة التي طورتها "كاوست" تضم طبقة علوية من البيروفسكايت مرصوفة فوق خلايا سفلية من السيليكون؛ حيث تمتص طبقة البيروفسكايت الضوء الأزرق بشكل أفضل، بينما تمتص طبقة الأساس السيليكونية الضوء الأحمر بشكل أفضل.
طفرة كبيرة
أضاف وولف، أن الجمع بين هاتين المادتين يؤدي إلى زيادة امتصاص ضوء الشمس وتحويله إلى جهد كهربائي بشكل أكثر كفاءة من نظائر خلايا السيليكون التقليدية. كما يعدّ هذا الابتكار طفرة كبيرة في مجال الطاقة الشمسية في وقت تُقدر فيه التوقعات أن تبلغ حصة خلايا البيروفسكايت والسيليكون الترادفية في السوق العالمية للخلايا الكهروضوئية أكثر من 10 مليارات دولار بحلول عام 2032.
الرقم القياسي الذي حققته "كاوست" في رفع كفاءة الخلايا الشمسية الترادفية سيفتح الآفاق للإمكانات الواعدة والهائلة للخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من مادة البيروفسكايت والسيليكون، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق أهداف الطاقة المتجددة بسرعة ودعم جهود مكافحة تغير المناخ.
خلايا ترادفية من البيروفسكايت
فيما يستكشف فريق "كاوست" حاليًا طرقًا قابلة للتطوير لإنتاج خلايا ترادفية من البيروفسكايت والسيليكون على نطاق صناعي بمساحات تزيد عن 240 سنتيمترًا مربعًا، بالإضافة إلى تطوير استراتيجيات للحصول على خلايا ترادفية عالية الاستقرار متوافقة مع بروتوكولات الاستقرار الصناعي الصارمة.
