التكنولوجيا وأخبارها بوابة الإمارات لتكنولوجيا المعلومات والإتصالات
التطور التكنولوجي وتوليد طاقة عالية الكفاءة بواسطة الخلايا الشمسية في أماكن كان يتعذّر التركيب فيها سابقاً
حققت شركة “باناسونيك” أعلى كفاءة في العالم من حيث تحويل الطاقة بلغت 16.09 في المائةلوحدة خلايا البيروفسكايت الشمسية(مساحة الثقب802 سنتيمتر مربع:
30 سنتيمتر طول × 30 سنتيمتر عرض × 2 ميليمتر سماكة)، وذلك من خلال تطوير تقنيةخفيفة الوزن باستخدام طبقة أساس زجاجية وطريقة طلاء قائمة على الطباعة النافثة للحبرعلى مساحة واسعة.
وأُنجز ذلك كجزء من مشروع منظمة الطاقة الجديدة وتطوير التقنيات الصناعية (نيدو)،
التي تعمل حالياً على “تطوير تقنيات من شأنها خفض تكاليف توليد الطاقة لتوليد الطاقة الكهروضوئيةعالية الأداء والموثوقية”،
وذلك لتعزيز اعتماد توليد الطاقة الشمسية على نطاق واسع.
وتساهم طريقة الطلاء هذه باستخدام تكنولوجيا نفث الحبر، والتي يُمكن أن تغطي مساحة واسعة، في خفض تكاليف تصنيع الوحدات.
وبالإضافة إلى ذلك، تُتيح هذه الوحدات، التي تتميز بخفة الوزن وتغطيتها لمساحة كبيرة وبكفاءة التحويل العالية، إنتاج الطاقة الشمسية بطريقة عالية الفعالية في الأماكن التي يتعذّر فيها تثبيت الألواح الشمسية التقليدية،
على غرار واجهات المباني.
وفي المستقبل، ستواصل كل من “نيدو” و”باناسونيك” تحسين مواد طبقة البيروفسكايت،
لتحقيق كفاءة عالية تضاهي كفاءة الخلايا الشمسية السليكونية البلورية واستحداث تقنيات تستخدم لتطبيقات عملية في أسواق جديدة.
- الخلفية
وتجدر الإشارة إلى أن الخلايا الشمسية السليكونية البلورية،
التي تُستخدم على نطاق واسع حول العالم، قد وجدت أسواقاً في اليابان في مجالات تشمل مشاريع الطاقة الشمسية الضخمة والمرافق السكنية والمصانع والمنشآت العامة.
وفي إطار السعي إلى تعزيز انتشارها في هذه الأسواق وضمان الوصول إلى أسواق جديدة أيضاً، فإنّه من الأهمية بمكان تصنيع وحدات شمسية أكبر وأخف وزناً.
هذا وتتمتع خلايا البيروفسكايت الشمسية بميزة بنيوية إذ أن سماكتها التي تشمل طبقة إنتاج الطاقة ,
لا تمثل سوى جزء من واحد في المئة من سماكة الخلايا الشمسية السليكونية البلورية،
وهو السبب الكامن خلف كون وحدات البيروفسكايت أخف وزناً من الوحدات السليكونية البلورية. كما تتيح خفة وزنها أساليب تركيب متنوعة مثل تركيبها على واجهات المباني والنوافذ باستخدام مادة القطب الكهربائي المُوصلة والشفافة،
ما يؤدي إلى اعتماد المباني منعدمة استهلاك الطاقة (“زد إي بي”) على نطاق واسع. وبالإضافة إلى ذلك، ومع إمكانية طلاء كل طبقة مباشرة على طبقة الأساس الزجاجية،
يُمكن إنتاجها بتكلفة أقل بالمقارنة مع تكنولوجيا المعالجة التقليدية. ولهذا السبب تلقى خلايا البيروفسكايت الشمسية اهتماماً كبيراً باعتبارها الجيل المقبل من الخلايا الشمسية.
ومن جهة أخرى، على الرغم من حقيقة أن تقنية البيروفسكايت حققت كفاءة تحويل للطاقة بلغت 25.2 في المائة،
بالمقارنة مع الخلايا الشمسية السليكونية البلورية،
في الخلايا صغيرة الحجم، إلا أنه كان من الصعب جداً وضع المواد بطريقة متسقة على امتداد منطقة واسعة باستخدام التكنولوجيا التقليدية.
لذلك، مالت كفاءة تحويل الطاقة إلى الانخفاض.
وفي مواجهة هذا التحدي، تعمل منظّمة “نيدو” على مشروع “تطوير تقنيات من شأنها خفض تكاليف إنتاج الطاقة لتوليد الطاقة الكهروضوئيةعالية الأداء والموثوقية”،
في إطار السعيلتعزيز اعتماد توليد الطاقة الشمسية على نطاق واسع.
وفي سياق هذا المشروع، قامت “باناسونيك” بتطوير تقنية خفيفة الوزن باستخدام طبقة أساس زجاجية وطريقة طلاء على مساحة كبيرة قائمة على تكنولوجيا نفث الحبر،
والتي تشمل عمليات إنتاج ومعايرة الحبر المُطبّق على طبقة الأساس الزجاجيةالخاصة بوحدات خلايا البيروفسكايت الشمسية. وبفضل هذه التقنيات،
تمكنت “باناسونيك”من تحقيق أعلى كفاءة في العالم من حيث تحويل الطاقة بنسبة16.09 في المائة بالنسبة لوحدة خلايا البيروفسكايت الشمسية
(مساحة الثقب 802 سنتيمتر مربع: 30 سنتيمتر طول × 30 سنتيمتر عرض × 2 ميليمتر سماكة).
وبالإضافة إلى ذلك، يُتيح اعتماد طريقة الطلاء على مساحة كبيرة باستخدام تقنية نفث الحبرخفض التكاليف في عملية التصنيع.
وتُتيح خصائص هذه الوحدة والمتمثلة في تغطيتها لمساحة واسعة وبخفة وزنها وكفاءة التحويل العالية،إنتاج الطاقة الشمسية بطريقة عالية الفعالية في الأماكن التي يتعذّر فيها تثبيت الألواح الشمسية، على غرار واجهات المباني.
وتسعى “باناسونيك”، من خلال تحسين المواد الموجودة في طبقة البيروفسكايت،
إلى تحقيق كفاءة عالية تضاهي كفاءة الخلايا الشمسية السليكونية البلورية
واستحداث تقنيات تُستخدم للتطبيقات العملية في أسواق جديدة.
- الإنجاز
من خلال التركيز على طريقة الطلاء باستخدام تقنية نفث الحبر والتي تُتيح طلاء المواد الخام بشكل دقيق ومتسق،
قامت “باناسونيك” بتطبيق هذه التقنية على جميع طبقات الخلايا الشمسية،
بما في ذلك طبقة البيروفسكايت على طبقة الأساس الزجاجية وحققت كفاءة عالية لتحويل الطاقة بالنسبة للوحدات التي تغطي مساحة كبيرة.
[نقطة التطور التقني]
(1) تحسين مكون السلائف الكيميائيةللبيروفسكايت لتناسب الطلاء باستخدام تقنية نفث الحبر
من بين المجموعات الذرية التي شكّلت بلورة البيروفسكايت،
تتمتّع مادةالميثيلامينبمشكلة الثبات الحراري أثناء عملية التسخين خلال إنتاج الوحدة (تتم إزالة الميثيلامينمن بلورة البيروفسكايت بفعل الحرارة،
ما يؤدي بالتالي إلى تدمير جزء معين من البلورة). ومن خلال تحويل جزء معين من الميثيلامينإلى فورماميدينيوم وسيزيوم وروبيديوم التي تتميزبحجم مناسب لقطر الذرة،
أظهرت أن هذه الطريقة فعالة لتحقيق ثبات البلورات وتساهم في تحقيق كفاءة عاليةلتحويل الطاقة.
(2) التحكم بتركيز وكمية وسرعة الطلاء الخاصةبحبر البيروفسكايت
تتميز عملية تشكيل الطبقات الرقيقة باستخدام طريقة الطلاء القائمة على تقنية نفث الحبر بمرونة أنماط الطلاء،
في حين أن تشكيل نمط النقاط الخاصة بالمواد واتساق التبلور على سطح كل طبقة تعتبر من العوامل الأساسية.
ولتلبية هذه المتطلبات، من خلال معايرة تركيز حبر البيروفسكايتإلى محتوى معين وبالتحكم الدقيق في مقدار وسرعة الطلاء أثناء عملية الطباعة،
تم تحقيقكفاءة عاليةلتحويل الطاقة النسبة للوحدات التي تغطي مساحة كبيرة.
ونجحت “باناسونيك”، من خلال تحسين هذه التقنيات بواسطة عملية الطلاء في تشكيل كل طبقة،
في تعزيز نمو البلورات وتحسين اتساقالسماكةوطبقة البلورة.
ونتيجة لذلك، تمّ تحقيق كفاءة تحويل للطاقة بنسبة 16.09 في المائةوالتقدّم خطوة للأمام نحو التطبيق العملي.
- الخطة المستقبلية
من خلال تحقيق تكلفة أقل للمعالجة والوزن الخفيف لوحدة بيروفسكايت ذات مساحة كبيرة، تخطط منظّمة “نيدو” و”باناسونيك” لإيجاد سوق جديد لأماكن لم يسبق تركيب الخلايا الشمسية فيها واعتمادها.
واستناداً إلى تطوير كل مادة متعلقة بخلايا بيروفسكايت الشمسية،تهدف كل من “نيدو” و”باناسونيك” إلى تحقيق كفاءة عالية ,
مماثلة لتلك الخاصة بخلايا السيليكون الشمسية البلورية وتعزيز الجهود المبذولة لخفض تكلفة الإنتاج إلى 15 ين ياباني لكل واط.
تم نشر هذه النتائج خلال”المؤتمر الدولي لآسيا والمحيط الهادئ حول البيروفسكايت،
والخلايا الكهروضوئية العضوية والإلكترونيات الضوئية”(آي بيه إي آر بيه 20) الذي انعقد في مركز تسوكوبا الدولي للمؤتمرات.
