+
أخبار

يمكن أن يحدث البيروفسكايت ثورة في صناعة الألواح الشمسية

يمكن أن يحدث البيروفسكايت ثورة في صناعة الألواح الشمسية

قد يكون البيروفسكايت أكثر كفاءة وأرخص من السيليكون التقليدي ، لكن المتانة لا تزال تمثل مشكلة.

تقترب فرق البحث في أستراليا والصين أكثر فأكثر من تصميم الخلايا الشمسية الذي يمكن أن يحدث ثورة في الصناعة ، ولكن لا تزال هناك العديد من العقبات.

المفتاح موجود في البيروفسكايت ، وهو هيكل بلوري اكتشف لأول مرة في روسيا في منتصف القرن التاسع عشر. يرغب المهندسون في استخدام هذه المواد لبناء ألواح شمسية أرخص وأكثر كفاءة ، وربما بالاقتران مع الألواح القائمة على السيليكون ، والتي تحظى بشعبية أكبر وأكثر متانة.

قال توماس وايت ، عالم الأبحاث والأستاذ في الجامعة الوطنية الأسترالية (ANU): "هناك الكثير من التركيز الآن على تحسين الكفاءة ، ولهذا السبب ظهرت فجأة هذه الأساليب الترادفية".

وقال سبب آخر: "لقد أصبح من الصعب بشكل متزايد خفض تكاليف التصنيع".

يقول وايت وآخرون إن مفتاح التقدم يكمن في تحسين كفاءة تحويل الطاقة ، وهي الدرجة التي تحول بها اللوحة الطاقة من ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء.

يقول الباحثون إن الألواح الكهروضوئية القائمة على السيليكون عادة ما ترى معدلات كفاءة تتراوح من 16٪ إلى 18٪ ، والحد النظري للكفاءة الكهروضوئية للسيليكون هو 29٪.

تشير الدراسات إلى أن الألواح الشمسية من البيروفسكايت يمكن أن تحقق كفاءات تصل إلى 35٪ ، بينما تقلل التكاليف من خلال التخلص من بعض الخطوات في عملية التصنيع.

قال وايتن في مقابلة: "جمالها هو أنه يمكنك معالجتها من الحل". "على عكس السيليكون ، حيث يتعين عليك إجراء هذا التحسين الصناعي للغاية للحصول على سيليكون عالي النقاء ، فنحن في الواقع نشتري هذه المواد كمسحوق ، ونمزجها في مذيب ، ثم يمكننا تغليفها بالدوران أو وضعها في طبقات رقيقة جدًا على طبقة أساسية من الزجاج ، وهذا من المحتمل أن يجعلها رخيصة جدًا إذا أمكن توسيع نطاقها. "

اجتذبت الإمكانات الاهتمام والدعم. أعلنت الوكالة الأسترالية للطاقة المتجددة (ARENA) مؤخرًا عن تمويلها لدعم البحث والتطوير نحو تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتقدمة. يتوفر مبلغ إضافي قدره 15 مليون دولار لفرق البحث والتطوير لحلول الطاقة الشمسية الكهروضوئية التي انتهى عمرها الافتراضي ، وعلى وجه الخصوص ، "زيادة ربحية الطاقة الشمسية الكهروضوئية القائمة على السيليكون باستخدام المواد جنبًا إلى جنب".

حصلت ARENA على دعم العلماء في الجامعة الوطنية الأسترالية وعملاق تصنيع الألواح الشمسية الصينية JinkoSolar في جهود البحث والتطوير الأوسع لتسويق تكنولوجيا الطاقة الشمسية من البيروفسكايت.

كانت هناك بعض بوادر الوعد المبكرة. في العام الماضي ، أعلن فريق ANU عن رقم قياسي لخلية شمسية بيروفسكايت أكبر ، محققة كفاءة بنسبة 21.6٪ في المختبر. حقق الباحثون في الولايات المتحدة وكوريا الجنوبية كفاءات تحويل البيروفسكايت بنسبة 24.2٪ ، لكن ANU قال إن إنجاز فريقهم يمثل "أعلى مستوى على الإطلاق لخلايا البيروفسكايت فوق حجم معين".

في تقرير حديث حول مستقبل الخلايا الشمسية الكهروضوئية ، وصفت الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) البيروفسكايت بأنه "أحد أكثر المواد الواعدة" في أبحاث تكنولوجيا الطاقة الشمسية اليوم: "نوع جيد جدًا من المعادن يمكن امتصاصه. خفيف "و" من السهل جدًا القيام به في المختبر ".

قالت إيرينا إن البحث والتطوير في مجال الطاقة الشمسية Perovskite يستحق نظرة ، لكن الوكالة حذرت من أنه سيمر بعض الوقت قبل المبادرات البحثية من قبل الصين وأستراليا والولايات المتحدة ودول أخرى في تحويل الكود إلى واقع تجاري.

تظل العائق الأكبر هو المتانة: تتحلل بلورات البيروفسكايت أسرع من السيليكون.

وأوضح إيرينا: "نظرًا لأن البلورات تذوب بسهولة ، فإنها لا تستطيع التعامل مع الظروف الرطبة وتحتاج إلى الحماية من الرطوبة من خلال التغليف ، على سبيل المثال من خلال طبقة من أكسيد الألومنيوم أو ألواح زجاجية محكمة الغلق".

أدرك وايت في ANU هذا النقص. وأضاف أن البيروفسكايت لا يمكنه تحمل الحرارة مثل السيليكون.

وقال "التحدي الرئيسي الآن هو الاستقرار". ما زلنا نكافح لجعلها مستقرة بما يكفي لأرغب في وضعها على الأسطح لمدة 25 عامًا. لذلك هذا سؤال لم يتم حله ".

إنه تحد يعتقد أنه يمكن التغلب عليه ، لا سيما من خلال النهج "الترادفي" الذي تروج له ARENA ، حيث يتم دمج البيروفسكايت مع طبقة من السيليكون لتعزيز تحويل الطاقة الشمسية بشكل كبير وتحسين المتانة والاستقرار. الفائدة الرئيسية للنهج الترادفي هي التقاط أفضل للطاقة.

وأضاف وايت: "من خلال أخذ المواد من الخلايا الشمسية وتجميعها معًا ، يمكنك تحسين خلية واحدة لامتصاص الضوء الأزرق والأخضر ، مما يوفر طاقة عالية ، ويتم تحسين خلية أخرى لضوء الأشعة تحت الحمراء". وأوضح قائلاً: "إذا جمعت الاثنين معًا ، وقمت بتكديس أحدهما فوق الآخر ، فإن حد الكفاءة هذا يرتفع بشكل كبير".

تعتقد إيرينا ، ومقرها أبو ظبي ، الإمارات العربية المتحدة ، أن التكنولوجيا لديها القدرة على تحويل صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية "إذا أمكن التغلب على هذه الحواجز".

وخلصت الوكالة إلى أن "خلايا البيروفسكايت لديها القدرة على تغيير ديناميكيات واقتصاديات الطاقة الشمسية لأنها أرخص في إنتاجها من الخلايا الشمسية ويمكن إنتاجها في درجات حرارة منخفضة نسبيًا ، على عكس السيليكون".

ألقى المهندسون المقيمون في جامعات في الصين والولايات المتحدة نظرة متعمقة على حالة أبحاث الخلايا الشمسية في البيروفسكايت في عدد حديث من المجلة العلمية Advanced Functional Materials. اعترفت وثيقته بمشاكل تحسين الاستقرار ، لكنها سلطت الضوء أيضًا على "التقدم المذهل في كفاءة خلايا بيروفسكيتا الشمسية".

ومع ذلك ، خلص الفريق إلى أن الخطوة التالية يجب أن تركز على جعل البيروفسكايت متينًا مثل السيليكون قبل أن يصبح تسويقه حقيقة واقعة. وافق وايت. وقال: "هذا سيجعل أو يكسر البيروفسكايت لسنوات قادمة".


فيديو: شرح تركيب نظام الطاقة الشمسية للمنزل بدون بطاريات 220v مع الكهرباء العمومية (مارس 2021).