البيروفسكايت: مادة معجزة للخلايا الشمسية

DW (عربية)

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.

Transcript

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

Category

Transcript

Recommended