التبديل إلى طاقة متجددة مثل الطاقة الشمسية أمر حاسم في مكافحة تغير المناخ. ومع ذلك ، في حين قطعت تكنولوجيا الطاقة الشمسية خطوات ملحوظة منذ بدايتها ، فإنها لا تزال بحاجة إلى تقنيات جديدة لتصبح بديلاً قابلاً للتطبيق للوقود الأحفوري. في هذا السيناريو ، يمكن أن يكون البيروفسكايت ، أحدث اختراع في قطاع الطاقة المتجددة ، عامل تغيير في تطوير الطاقة الشمسية الفعالة.
يتم تصنيع الألواح الشمسية التقليدية باستخدام السيليكون البلوري (c-Si) أو تقنيات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، والتي لها كفاءة محدودة. ومع ذلك ، فإن البيروفسكايت عبارة عن هياكل بلورية خفيفة الوزن ومرنة يمكن ترسيبها بسهولة على أي سطح ، مرنة أو محكم. بفضل هذا ، يمكن أن تؤدي إلى إنشاء أرق وأخف وزنًا الألواح الشمسية، قادرة على العمل في درجة حرارة الغرفة وتوليد المزيد من الكهرباء من الشمس بتكلفة أقل من خلايا السيليكون الشمسية.
في حين أنه لم يتم تسويق أي تطبيق من البيروفسكايت حتى الآن ، إلا أنها موضوع بحث واستثمار مستمر. نظرًا لأن العديد من الشركات تتطلع إلى تسخير إمكاناتها ، فقد حان الوقت الآن للتعرف على خلايا بيروفسكايت الشمسية وتقنيتها وكيف تختلف عن الخلايا الشمسية التقليدية.
جدول المحتويات
ما هو البيروفسكايت؟
كيف تصنع خلايا البيروفسكايت الشمسية؟
الأنواع المختلفة من خلايا البيروفسكايت الشمسية
خلايا بيروفسكايت الشمسية مقابل الخلايا الشمسية السليكونية البلورية
وفي الختام
ما هو البيروفسكايت؟
على عكس البلورية السيليكون، البيروفسكايت هي عائلة من المواد ذات التركيب البلوري الفريد المشابه للمعدن الذي يحمل نفس الاسم والذي تم اكتشافه لأول مرة في روسيا عام 1839. ومع ذلك ، لم يتم حتى عام 2006 البحث لأول مرة عن مادة البيروفسكايت كمواد ممتصة ، مع نتائج نُشر البحث بعد ثلاث سنوات ، في عام 2009.
توجد عدة أنواع من البيروفسكايت. يتكون أول بيروفسكايت من أكسيد التيتانيوم والكالسيوم. في وقت لاحق ، تم اكتشاف العديد من أنواع البيروفسكايت ، بما في ذلك تلك التي تحتوي على ثلاثي يوديد الرصاص الأمونيوم الميثيل. ومع ذلك ، فإن البيروفسكايت الأكثر فائدة لصناعة الطاقة الشمسية هم هؤلاء بلورات مصنوعة من جزيئات عضوية وغير عضوية مرتبطة بذرات القصدير أو الرصاص.
البيروفسكايت هم الأكثر واعدة من بين الثلاثةrd جيل الضوئية (الكهروضوئية) ، مما يجعلها تغير قواعد اللعبة في صناعة الطاقة الشمسية. في السنوات الخمس الماضية ، تم اكتشاف زيادة كفاءة خلية بيروفسكايت الشمسية من أقل من 4٪ إلى أكثر 20%. في السنوات ال 15 المقبلة ، من المتوقع أن ترتفع كفاءتها أكثر لتتجاوز 30%. لهذا السبب ، يُعتقد أن خلايا البيروفسكايت الشمسية ستحل محل الألواح الشمسية c-Si التقليدية ومعظم الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة.
كيف تصنع خلايا البيروفسكايت الشمسية؟
بكلمات بسيطة ، يتم إنشاء خلايا البيروفسكايت الشمسية من خلال عملية تسمى "الكيمياء الرطبة" ، حيث يتم خلط مواد مثل ميثيل أمونيوم هاليد ، يوديد الرصاص ميثيل أمونيوم ، ومواد مضافة أخرى في محلول. يمكن تطبيق هذا الخليط على الزجاج ، وأكسيد المعدن ، وخلايا السيليكون الشمسية ، والبوليمرات المرنة ، أو حتى الخشب الشفاف.
يتم ترسيب محلول البيروفسكايت على المادة الأساسية من خلال طلاء بالدوران ، والذي يعتمد على نفس مفهوم آلات Spin-Art التي يستخدمها الأطفال. يتم رش المحلول أو تجفيفه على الركيزة ، مع تدوير الركيزة بسرعة عالية ، مما يسمح لطبقة رقيقة من المحلول بالانتشار بالتساوي عبر سطحها. عندما يتبخر المذيب الموجود في الخليط ، يتم ترك طبقة من البيروفسكايت على شكل طبقات رقيقة من بلورات البيروفسكايت التي يمكن توصيلها بسهولة في خلية شمسية.
ومع ذلك ، هناك أكثر من مجرد طريقة واحدة لتصنيع البيروفسكايت الخلايا الشمسية، مثل مساعدة البخار ، والترسبات ذات الخطوتين ، وترسب البخار الحراري.
الأنواع المختلفة من خلايا البيروفسكايت الشمسية
إجمالاً ، تشترك جميع الخلايا الشمسية في أشياء. وتشمل هذه طبقة سالبة واحدة على الأقل ، وطبقة موجبة من مادة كهروضوئية ، وقطب كهربائي أمامي وخلفي موصل. تحمل الأقطاب الكهربائية الإلكترونات المشحونة من الشمس من الطبقة السالبة على طول سلك لتوليد الكهرباء قبل إعادتها إلى الطبقة الموجبة. بالإضافة إلى ذلك ، بعد تركيبها في وحدة شمسية ، يتم غلق جميع الخلايا الشمسية في طبقة تغليف لحمايتها من أضرار الطقس.
الآن ، عندما يتعلق الأمر بأنواع مختلفة من ملفات خلايا بيروفسكايت الشمسية، هناك نوعان لهما أهمية عالية - الخلايا الرقيقة والخلايا الترادفية. تحتوي خلايا الأغشية الرقيقة على البيروفسكايت فقط كمواد كهروضوئية ، في حين أن الخلايا الترادفية قد تحتوي على عدة طبقات من البيروفسكايت أو طبقة رقيقة من البيروفسكايت فوق طبقة سيليكون بلورية.
هناك أيضًا خلايا ترادفية من الأغشية الرقيقة. هنا ، تحتوي الخلايا copper طبقات سيلينيد الغاليوم الإنديوم (CIGS) مغطاة بطبقة من البيروفسكايت. تعد الخلايا الترادفية ذات الأغشية الرقيقة تقنية شمسية مثالية بالفعل.
خلايا بيروفسكايت الشمسية مقابل الخلايا الشمسية السليكونية البلورية
كانت الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري ، التي تعتبر تقنية ناضجة مع عمليات إنتاج ضخمة راسخة ، هي القاعدة لعقود في صناعة الطاقة الشمسية. هذه لها بنية AI-BSF حيث يتم استخدام c-Si أحادي البلورية أو متعدد الكريستالات في الطبقة الماصة.
الاختلاف المثير للاهتمام بين البيروفسكايت و c-Si هو إمكانات امتصاص الضوء. بيروفسكايت الخلايا يمكن أن تستجيب لمجموعة واسعة من الألوان في الطيف الشمسي ، بينما يمكن لـ c-Si امتصاص الضوء ذي الطول الموجي الذي يساوي أو يزيد عن 1,100 نانومتر. ويرجع ذلك إلى بنية خلايا البيروفسكايت ، حيث تسمح للإلكترونات باختراق الطبقات السميكة بكفاءة. نتيجة لذلك ، يمكنهم تحويل كمية أكبر من ضوء الشمس إلى كهرباء ، مما يساهم في زيادة كفاءة البيروفسكايت.
أعلى كفاءة مسجلة لخلية بيروفسكايت الشمسية هي 29.15٪، مقارنة مع 25.4٪ أقل من الخلايا الشمسية c-Si. بالنظر إلى أن السيليكون البلوري Al-BSF هو تقنية ناضجة للغاية ، فإن هذا يثبت الإمكانات الواعدة لألواح البيروفسكايت الشمسية.
أخيرًا ، البيروفسكايت الخلايا الشمسية تقديم مواد محتملة منخفضة وتكاليف معالجة منخفضة. يمكن أيضًا تصنيعها بألوان مختلفة ، مما يسمح للمستهلكين بتخصيص المنتج وفقًا لاحتياجاتهم. أقنعت الخصائص الإضافية للخلايا الشمسية من البيروفسكايت ، مثل المرونة والوزن الخفيف وشبه الشفافية ، الباحثين والمصممين الإلكترونيين بأن التطبيقات المختلفة لخلايا البيروفسكايت الشمسية يمكن أن تحل محل c-Si التكنلوجيا في المدى الطويل.
متى يمكن للناس شراء خلايا البيروفسكايت الشمسية؟ استنتاج
الباحثون والخبراء في طاقة متجددة ترى الصناعة البيروفسكايت مادة واعدة لتطوير خلايا شمسية رخيصة وفعالة وصديقة للبيئة. نتيجة لذلك ، يبحث الكثير من الشركات والمؤسسات حاليًا عن إمكانات خلايا البيروفسكايت الشمسية ، بما في ذلك المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ، و Oxford PV ، و Qcells ، وغيرها. في حين أن الخلايا التي يصنعونها هي خلايا اختبار بحجم طابع البريد ، إلا أنها ليست جاهزة بعد للبيع للجمهور ، قد لا يكون التسويق التجاري على نطاق واسع بعيدًا.
