صمّم باحثون في جامعة أوبسالا السويدية خلية شمسية من نوع CIGS قادرة على تحويل الطاقة الشمسية بنسبة 23.64%، متخطية بذلك شركة Solar Frontier اليابانية؛ إذ حققت خلاياها الشمسية من نوع CIGS كفاءة شمسية بنسبة 23.35%.
تلقت تقنيّات الطاقات المتجددة مثل الخلايا الشمسية اهتمامًا واسعًا خاصة بعد سعي العالم لتقليل انبعاث الكربون، لكنها تقدم 6٪ فقط من احتياج الكوكب بعد تقليل تكاليف التصنيع والتركيب.
يحوّل السيليكون البلوري الطّاقة بكفاءة تصل إلى 22%، ما يعني الفشل في الاستفادة من نحو 80% من طاقة الشّمس، لكن تعود شعبيته لسعره الرّخيص وعمره الافتراضي الطويل.
تدعو الحاجة إلى الخلايا الشمسية الترادفية كونها تحديثًا تقنيًا ملحًا للخلايا الشمسية. على الرغم من تحويلها للطاقة بكفاءة أكثر من30%، لكن كلفة تصنيع هذه الخلية التي تعتمد على البروفسكيت -نوع من معدن هجين بين الرصاص والقصدير- كانت عقبة لم نتجاوزها حتى الآن.
ما الخلايا الشمسية CIGS؟
تعد الخلايا الشمسية CIGS خلايا شمسية مميزة تتضمّن طبقات من عناصر مختلفة منها النحاس، والإنديوم، والغاليوم، والسيلينيد، إضافةً إلى طبقة من الفضّة والصّوديوم معًا.
توضع تلك الطبقات فوق طبقة الموليبدنوم وتحت طبقة شفافة أمامية ملامسة؛ إذ تُعالج طبقة CIGS بفلوريد الروبيديوم، فتتفاعل طبقة الصوديوم الموجودة في الخلية مع الروبيديوم لتكون توازن يسمح للإلكترونات بالانعزال عن بعضها بفاعلية ك، ما يزيد كفاءة الخلية الشمسية.
برهن روّاد الطاقة الشمسية في شركة Solar Frontier اليابانية أن الخلايا الشمسية CIGS تحول الطاقة بكفاءة تتجاوز 23%، ثم حطم رقمهم الباحثون في كل من جامعة أوبسالا، والمركز الأوروبي الأول لتكنولوجيا الطاقة الشمسية برقم قياسي جديد بلغ 23.64%؛ إذ أكد تعاونهم معهد فراونهوفر الألماني لأنظمة الطاقة الشمسية the Fraunhofer ISE.
فهم الكفاءة المحسّنة للخلية الشمسية:
يُعد تحسين كفاءة الخلية الشمسية أمرًا دقيقًا؛ إذ يجب أن يضمن تصميم الخلية امتصاصها أكبر قدر ممكن من الطاقة وتحويله إلى شحنة كهربائية بأقل خسارة حرارية ممكنة للطّاقة.
تهدف الطبقات المتعددة في الخلايا الشمسية CIGS إلى تحقيق ذلك المبدأ، لكن يحتاج الباحثون أيضًا إلى فهم كيفية مساهمة العناصر المتنوعة في زيادة الكفاءة، وعليه فقد طبق الفريق مع شركاء من معاهد مختلفة تقنية nano-XRF (التحليل الطيفي الفلوري بالأشعة السينية) على الخلية الشمسية في منشأة ماكس الرابع في مدينة لوند، ليقودوا تحليلًا تركيبيًا للطبقات باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ عالي الدّقة لدراسة المقاطع العرضيّة؛ إذ ساعد ذلك على فهم كيفية تشكّل حبيبات الكريستال، وكيفية ترابطها مع طبقات الخلية الشمسية.
فضلًا عما سبق، فقد استُخدم التلألؤ الضوئي لتحديد كيفية تدفق الفوتونات داخليًا بدراسة طيف الضوء المنبعث من الخلية الشمسية بعد التحريض باستخدام الليزر، وستُستخدم كل هذه المعلومات لتحسين أداء خلية CIGS الشمسية.
الجدير بالذِّكر أن تقنية التلألؤ الضوئي لها خصائص تجعلها مناسبة للجزء السّفلي للخلية الشمسية التّرادفيّة.
اقرأ أيضًا:
الطاقة الشمسية قد تصبح المصدر الرئيسي للطاقة في العالم
هل ستكون السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية هي سيارات المستقبل؟
ترجمة: مريم ميهوب
تدقيق: ريمي سليمان
