جيل جديد من الخلايا الشمسية رخيص التكلفة و ذو كفاءة عالية

Photo0262-e1410163565929
  • تمكن العلماء من صناعة خلايا ضوئية فعالة جداً من مواد شبه موصلة من perovskite  لا تتطلب طبقة a hole-conducting layer ، المطلوبة في خلايا أشباه الموصلات الأخرى مثل السيليكون. و قد حققت الخلايا الكهروضوئية الجديدة كفاءة عالية نسبياً و استقراراً، و من المتوقع أن يخفّض هذا الابتكار من كلفة الخلايا الشمسية بشكل كبير، كما يمكنها انتاج ليزر بشدة عالية.
  •  من المعلوم أن امتصاص الذرة لكمية من الطاقة تساوي الفرق بين مستويين كميين للطاقة فيها، يرفع الالكترون الى مستوى أعلى و الشرط هو في أن الطاقة الكمية الساقطة تساوي الفرق بين المستويين، يبقى الالكترون في المستوى الأعلى فترة قصيرة يعود بعدها إلى وضعه الأصلي في المستوى الأرضي، و تنبعث الطاقة مرة أخرى على شكل ضوء، و هي عملية الانبعاث، و التركيب الذري أو الجزيئي للمادة هو المسؤول عن فروق الطاقة بين المستويات و كذلك عن زمن بقاء الذرة في الحالة المستثارة قبل أن يعود الالكترون الى مستواه الأرضي، و عن احتمالات الامتصاص و الانبعاث في تلك الذرة. من هنا تختلف المواد عن بعضها في خصائصها الفيزيائية و الكهربية و الضوئية. هذه الخصائص هي ما يجب دراسته للحصول على المواد المناسبة للتطبيقات المختلفة. و تتميز بعض المواد نتيجة تركيبها الذري بقدرتها على بعث و تحرير الكتروناتها نتيجة سقوط طاقة ضوء معينة عليها، و يمكن سحب تلك الإلكترونات و تمرير تيار كهربي نتيجة لذلك، و هي ما تعرف بالخاصية الكهروضوئية . و التي تطبق في الخلايا الشمسية و الثنائيات و غيرها.
  •   إن دراسة الخصائص الفيزيائية الضوئية لهاليدات الرصاص البروفسكيت العضوية المعدنية organic–metallic lead halide perovskites، و التي أظهرت أداء كهروضوئي ممتاز في الأجهزة الضوئية، تساعد على فهم عملية انتاج الشحنات بواسطة الضوء و آلية فك و إعادة الاتحاد بين الإلكترون و الفجوة في هذه المواد و إمكانية استخدامها في التطبيقات الضوئية المختلفة. و قد أظهرت تلك الأغشية البلورية المصنّعة كفاءة كمية عالية في لمعانها الضوئيPhotoluminescence. و قد تبين أن خصائصها مناسبة بشكل مثالي لعمل الصمام الثنائي. و للضخ الضوئي لليزر. و هناك دراسات على استبدال المعدن في هذا المركب و هو الرصاص بمعادن أخرى مثل القصدير، و قد أظهرت أيضاً نتائج واعدة.
  •  بالإضافة إلى تطبيقات ليزر أشباه الموصلات، فإن هذه الخصائص الكهروضوئية لهذه المركبات تمثل جيلاً جديداً من الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية و التكلفة المنخفضة.
  •   الخلايا الشمسية المعروفة تجارياً و التي نراها على أسطح المنازل و غيرها و المعتمدة غالباً على السيلكون، تحول طاقة ضوء الشمس الساقط عليها إلى طاقة كهربائية بكفاءة تصل إلى 20%. و قد تطلّب وصولها إلى هذا القدر من الكفاءة ما يقارب العشرين سنة من البحث و التطوير.
  •   أما النوع الجديد من الخلايا الشمسية المعتمدة على البروفسكيت، فهي مصدر إثارة و اهتمام في الأوساط البحثية العالمية نتيجة كفاءتها العالية و التي وصلت إليها في أقل من سنتين من البحث و التطوير، مما يجعلها مجال لإنتاج جيل جديد من الخلايا الشمسية رخيصة الكلفة و عالية الكفاءة. و قد أثبت الباحثون أن هذه الخلايا متفوقة في امتصاص الضوء و انبعاثه، و أن هذه الخلايا العجيبة يمكنها انتاج الليزر الرخيص أيضاً. فعند وضع شريحة من lead halide perovskite   بين مرآتين، ينتج ليزر يعمل بالضخ الضوئي و له لمعان تصل كفاءة إعادة الانبعاث للضوء الممتص إلى 70%.
  •   فضلاً عن ذلك، فإن تحضير هذه المادة، الرخيصة و الموجودة في الطبيعة، لا يتطلب الكثير من الجهد مما يجعلها سهلة و رخيصة رغم خصائصها المتميزة جداً.