توصل فريق من الباحثين إلى خلايا شمسية يُمكنها أن توفّر كفاءة تحويل الطاقة بنسبة 60%، وفق معلومات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
وفي سابقة عالمية، صنع باحثون في جامعة كومبلوتنسي بمدريد في إسبانيا، خلية شمسية متوسطة النطاق (IB) باستعمال فوسفيد الغاليوم والتيتانيوم.
وأفاد الباحثون بأنه يُمكن للخلايا الشمسية تقديم هذا الأداء عند طول موجيّ 550 نانومترًا وما فوق.
ونشروا خلايا شمسية يُمكنها تحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربائي، إلا أن الخلية الشمسية القائمة على السيليكون لا يمكنها تسخير سوى جزء من ضوء الشمس الساقط عليها، وإطلاق الباقي على شكل حرارة.
قدرات الخلايا الشمسية
يعمل خافيير أوليا أريزا وفريقه من الباحثين في جامعة كومبلوتنسي بمدريد منذ أكثر من 15 عامًا مع فوسفيد الغاليوم والتيتانيوم، في محاولة لصنع خلية شمسية أكثر كفاءة.
ويُطلق على الحد الأقصى لكمية الطاقة التي يُمكن للخلية الشمسية تحويلها إلى كهرباء اسم شوكلي-كوايسر (Shockley Queisser).
ويعتمد حد شوكلي-كوايسر للخلية الشمسية على المادة المستعملة في تصنيعها؛ بالنسبة للسيليكون، تبلغ فجوة النطاق 1.3 إلكترون فولت، ويبلغ حد شوكلي-كوايسر 33.7%.
وهذا يعني فعليًا أنه في أفضل السيناريوهات، حتى الخلية الشمسية التي أنتِجت بأعلى جودة على الإطلاق لن تكون قادرة على تسخير 77.3% من ضوء الشمس الساقط عليها.
ولتلبية المتطلبات المتزايدة من الطاقة، يحتاج العالم إلى بناء المزيد من الألواح الشمسية وتغطية المزيد من الأماكن.
ومع ذلك، يُمكن أن يكون للخلية الشمسية المصنوعة من مادة مختلفة حد أعلى لـ”شوكلي-كوايسر”؛ ما يجعل توليد الكهرباء أكثر كفاءة، وفق تحديثات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة، نقلًا عن منصة “إنترستينغ إنجينيرينغ” (Interesting Engineering).
خلايا شمسية أفضل
نظرًا إلى أن حد شوكلي-كوايسر يعتمد على فجوة النطاق لمادة الرقائق الإلكترونية، فقد اختار أريزا وفريقه فوسفيد الغاليوم الذي تبلغ فجوة نطاقه 2.26 إلكترون فولت.
ووفق المعلومات لدى منصة الطاقة المتخصصة، بنى الفريق خلية شمسية بحجم سنتيمتر مربع واحد مع فوسفيد الغاليوم: ممتص التيتانيوم لا يزيد سمكه على 50 نانومترًا وروابط معدنية باستعمال الذهب والغرمانيوم.
من خلال سلسلة من التجارب في قياسات النفاذية والانعكاس، وجد الفريق أن الخلية الشمسية لها نطاق عريض بسبب امتصاص الضوء المعزز عند الطول الموجي فوق 550 نانومترًا.
ويرجع هذا على الأرجح إلى استعمال التيتانيوم في الإعداد؛ إذ تبلغ الإمكانات النظرية للهيكل نحو 60%.
وعمل الفريق لأول مرة مع هذه المواد في عام 2009، لكن الأمر استغرق منهم 15 عامًا لبناء الأجهزة الأولى بها.
حتى في هذه المرحلة، ما تزال الخلايا الشمسية غير قريبة من النشر؛ إذ تُعد كفاءتها ضعيفة للغاية، وما يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به.
ويريد الفريق أولًا صنع نموذج أولي لخلية شمسية وإظهار كفاءة أعلى، كما يعتزمون حل المشكلات المتعلقة ببناء الخلايا الشمسية باستعمال طرق مختلفة لدمج التيتانيوم في المستقبل.
وكتب الباحثون: “قد يستغرق النشر التجاري لهذه التقنية وقتًا طويلًا، لكننا لم نعد مقيدين بإمكانات الخلايا الشمسية”.
