إنه أكثر كفاءة من الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون القياسية. تصنيع البروفسكايت سهل ولا يحتاج كالسيليكون إلى التنقيب، وتمكن معالجته في طبقات رقيقة جدا، مما قد يحدث ثورة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية.
Category
🗞
NewsTranscript
00:00هذه الخلية الشمسية الصغيرة قد تحدث ثورة في الطاقة الشمسية التي نعرفها
00:05إنها أكفأ من الخلايا التقليدية المصنوعة من السيليكون
00:09يمكن تركيبها بسهولة ولا تحتاج إلى التعديم مثل السيليكون
00:14يمكنها تشغيل مكبرات الصوت الذكية في منزلك كما يمكن تركيبها على أسطح المباني
00:19لنتعرف على هذه البنية البلورية المسمات بيروفسكايت التي تعد بثورة خيالية في مجال الخلايا الشمسية
00:27لفهم سبب تفوقها الكبير على الخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون
00:32أتيت إلى هنا معهد هيلم هولتز في بيرلين
00:35حيث كانوا يجرون أبحاثاً على مدى عقد من الزمن على البيروفسكايت كمادة تمطص أشعة الشمس
00:42وهذا هو الرجل المسؤول عن البحث ستيف ألبريغت
00:47لقد سجل أرقاماً قياسية عالمية في كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت
00:53مبدئياً كيف تبدو البيروفسكايت؟
00:58مصطلح بيروفسكايت مصطلح عام جداً لبنية بلورية معينة يمكنك رؤيتها هناك
01:05تحتوي البنية البلورية على الصيغة A-B-X-F-E
01:10وكل مكون فيها يكون إما عنصراً معيناً أو جزئياً
01:15أحد التراكيب الأكثر شيوعاً في هذه البنية هو الميثيل أمونيوم K-A في الزوايا
01:20الرصاص المعدني K-B في الوسط
01:24والكلوريد أو اليوديد الذي يتشكل حول المعدن K-X
01:29لكن هناك مجموعة واسعة من المواد التي يمكن استخدامها وتكوينها
01:34ومن المدهش مدى سهولة تجميع هذه المواد
01:38نحن ندخل المختبر
01:40لكن قبل أن نبدأ الأمان أولاً لأننا سنستخدم مع أحد زملاء ستيف الرصاص السام
01:47تبدو مثل طبيب بيطاري
01:51حسناً حان الوقت للحصول على المواد الأساسية
01:55ماثيو يخلط كلوريد الميثيل أمونيوم ويوديد الرصاص ليصنع بعد ذلك بنية A-B-X-3 البلورية
02:06ما ميزة هذه المواد مقارنة بالسيليكون؟
02:10أعتقد أن إحدى الميزات الرئيسية للبروف سكايت مقارنة بالسيليكون
02:15هي سهولة معالجة
02:17فالسيليكون يتطلب طاقة كبيرة لتصنيعه
02:21لكن البروف سكايت يمكن تصنيعه في درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة
02:26لا يحتاج إلى الكثير من الطاقة لذلك من السهل تصنيعه وكل شيء متوفر
02:32لذا لن يكون هناك عائق في الإنتاج
02:36الآن بعد أن حصلنا على المواد الأساسية نحتاج إلى إنتاج بروف سكايت قادر على امتصاص الشمس
02:42يحقق ماثيو ذلك باستخدام تقنية تسمى الطلاء بالطرد المركزي
02:47لكن يمكن أيضا طباعة الخلايا الشمسية المصنوعة من البروف سكايت مباشرة على الأسطح
02:53باستخدام عملية مماثلة لتلك المستخدمة في طباعة الصحف
02:57قد تكون عملية الطلاء بالطرد المركزي مرهقة
03:05أسقط ماثيو الشريحة الزجاجية بالخطأ
03:08لا يمثل ذلك مشكلة كبيرة في التجارب المخبرية
03:11ولكن في الإنتاج التجاري لا ينبغي أن يحصل هذا
03:14نجح الأمر في المحاولة الثانية
03:16بعد الطلاء بالطرد المركزي يتم وضعها على صفيحة تسخين
03:19ويظهر لنا التعتيم أن البلورات تتشكل
03:22تماما كما يتبخر ماء البحر حيث تبدأ في رؤية الملح
03:28هناك خلايا مثل هذه مصنوعة بالكامل من البروف سكايت
03:32ولكن في كثير من الأحيان توجد طبقة من السيلكون تحتها
03:36تسمى هذه الخلايا بالخلايا الترادفية وتبدو هكذا
03:42حاليا تعد هذه الخلايا واعدة فيما يخص تحسين كفاءة الخلايا الشمسية
03:46ولكن في مرحلة ما قد يكون التخلي عن السيليكون ممكنا
03:50لاختبار كفاءة خلاياهم الترادفية يستخدم الباحثون في معهد هيلم هولتز
03:55جهاز محاكاة الشمس
03:57يحدد بدقة مقدار أشعة الشمس التي تحول إلى كهرباء
04:01ما هي نسبة الكفاءة التي قسناها؟
04:04قسنا نحو 30% وهو إنجاز جيد
04:07ولماذا تحقق الخلايا الشمسية الترادفية كفاءة أعلى بكثير من الخلايا الشمسية التقليدية؟
04:13تستفيد الخلايا الشمسية الترادفية بشكل أكبر من الضوء الوارد
04:18لدينا طيف الشمس والخلايا الشمسية تتقاصم هذا الطيف
04:22فالخلايا الشمسية المصنوعة من البروف سكايت تستفيد في هذه الحالة من الموجات المرئية الطويلة
04:28كل ما يمكننا رؤيته بالعين يتم تحويله في الخلايا الشمسية المصنوعة من البروف سكايت إلى طاقة كهربائية
04:36يمر الضوء تحت الأحمر عبر الخلايا الشمسية المصنوعة من البروف سكايت
04:40بينما يتم تحويله في الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون
04:44وهي فعالة للغاية في تحويل الضوء تحت الأحمر
04:47هكذا تتقاصم الخلايا الطيف وكل خلايا فعالة للغاية في مجالها
04:52قد لا يبدو هذا كثيرا ولكن آي كي يخبرني بأنه يمكن بهذه الطريقة تحويل نحو 50% إضافية من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية
05:01وبذلك يمكن انقصاص المزيد من ضوء الشمس
05:04لكن لا يمكنك شراء هذه الخلايا الشمسية الترادفية بعد
05:07فهناك الكثير لضبطه قبل دخولها مرحلة الانتاج التجاري
05:12مشكلة رئيسية هي استقرار بنية البروف سكايت المستخدمة في الخلايا الشمسية الترادفية
05:17يمكن تركيب بنية البروف سكايت بسهولة في درجات حرارة مخفضة كما رأينا سابقا لكنها أيضا تنفصل بسهولة
05:24حتى الشحنات التي تمر عبر البروف سكايت في الخلايا الشمسية يمكن أن تتسبب في عيوب وتدمير بنية البروف سكايت
05:32كما أن العوامل الخارجية مثل الرطوبة والحرارة والأكسجين والأشعة فوق البنفسجية
05:37يمكن أن تؤدي إلى تحلولها بشكل أكبر وتقليل كفاءتها القياسية بسرعة
05:42تسمى كل هذه العملية بالتدهور
05:45ويحاول الباحثون والشركات مكافحتها بأشكال تغليف مختلفة
05:49يقومون بتغليف الوحدات الشمسية لحمايتها من التأثير الخارجية وهذه خطوة أساسية للتسويق التجاري
05:58شركة كيو سيلز وهي جزء من شراكة أكاديمية وصناعية أوروبية تخطط لتطوير وحدات بحجم تجاري بكفاءة 26% على مدى 30 عاما
06:09شركة أوكسفورد بي في التي أسسها خريجو جامعة أوكسفورد حققت كفاءة بنسبة 28.6% ويفترض أنها حلت مشكلة التدهور
06:19ولكن لم تنشر أي من الشركتين بيانات قابلة للتحقق بعد
06:24ولم يتم نشر الكثير من الأبحاث حول الاختبارات الخارجية في العالم الحقيقي
06:29واو هناك الكثير من القلايا الشمسية التي تختبرونها هنا
06:34هذه كاروليني أولبغيش وهي تشرف على اختبارات تدهور الخلايا الشمسية الترادفية في معهد هيلمهولتز
06:41ما هي مستويات الاستقرار التي نتعامل معها هنا؟
06:45أحيانا تخفق الخلايا بعد بضعة أيام وأحيانا تدوم لسنوات
06:50قام فريق أولبغيش بقياس فقدان بنسبة 20% في الكفاءة خلال نصف عام فقط
06:56تستغرق الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون حوالي 20 عاما للوصول إلى هذا المستوى من التدهور
07:02تقول بعض الشركات إنها حلت هذه المشكلة وهي جاهزة لدخول السوق في العام المقبل
07:09هل تعتقدين أن هذا ممكن؟
07:11نسمع شائعات في المؤتمرات لكنهم لا يظهرون البيانات كل شيء سري
07:18الخلايا الشمسية الترادفية ستحتاج أيضا إلى المنافسة في السعر مع الخلايا الحالية
07:24أمر يرى الخبراء أنه صعب التحقيق
07:26حيث انخفضت تكاليف الطاقة الشمسية التقليدية بنسبة 89% منذ عام 2010
07:32أصبح الآن تركيب الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون أغلى من إنتاجها
07:36الخلايا الشمسية الترادفية لديها إمكانات كبيرة
07:39لا تزال هناك أمور يجلب أن تحدث لكي تعمل بشكل فعال
07:43وأنا فضولي لمعرفة ما إذا كانت ستطرح في السوق العام المقبل