أحدث الأبحاث حول الألواح الكهروضوئية

يعمل الباحثون حاليًا على ثلاثة مجالات رئيسية لأبحاث الطاقة الكهروضوئية: السيليكون البلوري، والبيروفسكايت، والخلايا الشمسية المرنة. هذه المجالات الثلاثة مُكمِّلة لبعضها البعض، ولديها القدرة على زيادة كفاءة تقنية الطاقة الكهروضوئية.

يُعد السيليكون البلوري أكثر المواد شبه الموصلة استخدامًا في الألواح الشمسية. ومع ذلك، فإن كفاءته أقل بكثير من الحد النظري. لذلك، بدأ الباحثون بالتركيز على تطوير خلايا كهروضوئية بلورية متطورة. ويركز المختبر الوطني للطاقة المتجددة حاليًا على تطوير مواد متعددة الوصلات من النوع III-V، ومن المتوقع أن تصل كفاءتها إلى 30%.

البيروفسكايت نوعٌ جديدٌ نسبيًا من الخلايا الشمسية، وقد ثبتت فعاليته وكفاءته مؤخرًا. تُعرف هذه المواد أيضًا باسم "مجمعات التمثيل الضوئي". وقد استُخدمت لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية. ومن المتوقع تسويقها تجاريًا خلال السنوات القليلة القادمة. مقارنةً بالسيليكون، يُعد البيروفسكايت غير مكلف نسبيًا وله تطبيقاتٌ محتملةٌ واسعة.

يمكن دمج البيروفسكايت مع مواد السيليكون لإنشاء خلية شمسية فعالة ومتينة. تتميز خلايا البيروفسكايت البلورية الشمسية بكفاءة أعلى بنسبة 20% من السيليكون. كما أظهرت مواد البيروفسكايت والسيليكون الكهروضوئي مستويات كفاءة قياسية تصل إلى 28%. بالإضافة إلى ذلك، طور الباحثون تقنية ثنائية الوجه تُمكّن الخلايا الشمسية من جمع الطاقة من جانبي اللوحة. وهذا مفيد بشكل خاص للتطبيقات التجارية، إذ يوفر المال على تكاليف التركيب.

بالإضافة إلى البيروفسكايت، يستكشف الباحثون أيضًا موادًا تعمل كحاملات شحن أو ماصات للضوء. يمكن لهذه المواد أيضًا أن تساعد في جعل الخلايا الشمسية أكثر اقتصادية، كما يمكنها المساعدة في إنتاج ألواح أقل عرضة للتلف.

يعمل الباحثون حاليًا على تطوير خلية شمسية تانديم بيروفسكايت فائقة الكفاءة. ومن المتوقع تسويق هذه الخلية تجاريًا خلال العامين المقبلين. ويتعاون الباحثون مع وزارة الطاقة الأمريكية والمؤسسة الوطنية للعلوم.

بالإضافة إلى ذلك، يعمل الباحثون أيضًا على تطوير أساليب جديدة لجمع الطاقة الشمسية في الظلام. تشمل هذه الأساليب التقطير الشمسي، الذي يستخدم حرارة الألواح الشمسية لتنقية المياه. وتُختبر هذه التقنيات حاليًا في جامعة ستانفورد.

يدرس الباحثون أيضًا استخدام أجهزة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحرارية الإشعاعية. تستخدم هذه الأجهزة حرارة الألواح لتوليد الكهرباء ليلًا. تُعد هذه التقنية مفيدة بشكل خاص في المناخات الباردة حيث تكون كفاءة الألواح محدودة. يمكن أن ترتفع درجة حرارة الخلايا إلى أكثر من 25 درجة مئوية على أسطح مظلمة. كما يمكن تبريد الخلايا بالماء، مما يزيد من فعاليتها.

اكتشف الباحثون مؤخرًا استخدام الخلايا الشمسية المرنة. تتميز هذه الألواح بقدرتها على تحمل الغمر في الماء، وهي خفيفة الوزن للغاية، كما أنها قادرة على تحمل دهس السيارات. يدعم برنامج تحالف إيني-إم آي تي ​​(Eni-MIT) لريادة الطاقة الشمسية أبحاثهم. كما تمكنوا من تطوير طريقة جديدة لاختبار الخلايا الكهروضوئية.

تُركز أحدث الأبحاث في مجال الألواح الكهروضوئية على تطوير تقنيات أكثر كفاءةً وأقل تكلفةً وأكثر متانة. وتُجري هذه الجهود البحثية مجموعة واسعة من الجهات في الولايات المتحدة وحول العالم. ومن أبرز التقنيات الواعدة الجيل الثاني من الخلايا الشمسية الرقيقة والخلايا الشمسية المرنة.