خلايا البيروفسكايت الشمسية: مقارنة مع تقنيات الطاقة الشمسية الأخرى

مقدمة

تعتبر الطاقة الشمسية جانباً مهماً من جوانب حياتنا اليومية. وقد شهدت العديد من التطورات في هذه الصناعة على مر السنين. فقد تم اكتشاف العديد من تقنيات الطاقة الشمسية. ومن بين التقنيات التي ظهرت في الأخبار مؤخرًا الخلايا الشمسية البيروفسكايت. سنرى اليوم كيف أن هذه الخلايا فريدة من نوعها مقارنة بتقنيات الطاقة الشمسية الأخرى.

ما هي تقنيات الطاقة الشمسية

تعملتقنيات الطاقة الشمسية على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة. النظام الأكثر شيوعاً هو اللوح الكهروضوئي، الذي يحول ضوء الشمس إلى تيار كهربائي مباشرة. وهناك أيضاً الأنظمة الحرارية الشمسية التي تستخدم حرارة الشمس. وتستخدم الألواح الشمسية على الأسطح في العديد من المنازل لخفض فواتير الكهرباء. وتستخدم الأنظمة الأكبر حجماً من قبل المزارعين والشركات لخفض الفواتير. وقد أصبحت أكثر كفاءة وبأسعار معقولة مع مرور الوقت. وتستمر التكنولوجيا مع استمرار الباحثين والمهندسين في ابتكار مواد وأساليب أفضل.

ما هي خلايا البيروفسكايت الشمسية

تُصنع خلاياالبيروفسكايت الشمسية من مواد ذات بنية بلورية من البيروفسكايت. وقد جذبت الكثير من الاهتمام لأنها سهلة الصنع وقد تطور كفاءة عالية. وقد بلغت كفاءتها في وقت مبكر حوالي 15 في المائة. وتشير الدراسات الحالية الآن إلى قيم تزيد عن 20 في المئة. وهذا يعني أن خلايا البيروفسكايت الشمسية يمكن أن تجمع نسبة عالية من الطاقة الشمسية. تستخدم عملية إنشاء خلايا البيروفسكايت مواد غير مكلفة. ويمكن طباعة خلايا البيروفسكايت على ركائز منخفضة الحرارة. وقد بدأ الإنتاج على نطاق المختبر بالفعل في بعض الشركات. وهناك المزيد والمزيد من التفاؤل بأن خلايا البيروفسكايت الشمسية على وشك أن تُستخدم في منتجات مفيدة مثل الألواح الشمسية المدمجة في المباني وأنظمة الطاقة المحمولة.

أنواع تقنيات الطاقة الشمسية التقليدية

يتم استخدام عدد من أنواع تكنولوجيا الطاقة الشمسية. الصنف الأكثر شيوعًا هو خلايا السيليكون الشمسية. هناك نوعان من خلايا السيليكون: أحادية البلورية ومتعددة البلورات. والخلايا أحادية البلورية أكثر كفاءة، أما الخلايا متعددة الكريستالات فهي أقل كفاءة ولكنها أرخص. بالإضافة إلى السيليكون، هناك الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة. وتستخدم الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة مواد مثل تيلورايد الكادميوم وسيلينيد النحاس الإنديوم الغاليوم. كما أن خلايا الأغشية الرقيقة مرنة ويمكن تطبيقها على الأسطح المنحنية. وتستخدم بعض التقنيات الحديثة الأصباغ العضوية لجمع الطاقة الشمسية. تختلف المواد المستخدمة وعملية التصنيع حسب كل نوع. ولكل منها نقاط قوة وضعف فيما يتعلق بالتكلفة والكفاءة وطول العمر.

مقارنة مع تقنيات الطاقة الشمسية الأخرى

تتميز خلايا البيروفسكايت الشمسية ببعض الخصائص المرغوبة. فهي مصنوعة من خلال عملية منخفضة التكلفة وبأسعار معقولة. وقد زادت كفاءتها بوتيرة سريعة جدًا في السنوات الأخيرة. وهي تختلف عن خلايا السيليكون، حيث يمكن تصنيعها في درجات حرارة منخفضة. وهذا يمكن أن يقلل من تكاليف التصنيع ويقلل من استخدام الطاقة في التصنيع.

لكن خلايا البيروفسكايت الشمسية لا تخلو من بعض التحديات. فالخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون لها تاريخ طويل. فهي متينة وتعمل بشكل جيد في مجموعة واسعة من الأحوال الجوية. وقد تم تركيب العديد من ألواح السيليكون الموجودة حاليًا في الخدمة وأظهرت أعمارًا تزيد عن 25 عامًا. ومع ذلك، تميل مواد البيروفسكايت إلى التحلل بشكل أسرع مع الماء والحرارة. ولا يزال العلماء يعملون على استقرارها بشكل أفضل باستخدام تقنيات معالجة أفضل وطبقات متراكبة.

أما الأمثلة للمقارنة بين الميزة الأخرى فهي المرونة والوزن. من الممكن صنع خلايا البيروفسكايت. وهذا سيفتح إمكانيات لتطبيقات مثل الألواح الشمسية القابلة للطي والرقيقة في السيارات أو الهواتف المحمولة. أما خلايا السيليكون فهي أثقل وأكثر صلابة. ومن حيث الكفاءة، تتحسن كلتا التقنيتين. وتوفر خلايا السيليكون الشمسية على نطاق واسع كفاءة في حدود 15 إلى 22 في المئة في التطبيقات التجارية، بينما تقترب خلايا البيروفسكايت من الأداء حتى في المراحل المبكرة، وهناك مجال للتحسين في ظل الظروف المختبرية.

وعلاوة على ذلك، تختلف عملية التصنيع. فخلايا السيليكون هي خلايا ذات درجة حرارة عالية وتستهلك الكثير من الطاقة في التنقية. في حين أن خلايا البيروفسكايت هي عملية تصنيع تعتمد على المحلول وهي أقل تكلفة. وعلى الرغم من نقاط القوة هذه، فإن الاستقرار طويل الأمد في خلايا البيروفسكايت ليس راسخًا بشكل جيد. باختصار، هناك مكان لكل تقنية. ويعتمد الاختيار على التكلفة وظروف التركيب وتوقعات العمر المتوقع.

الخلاصة

ببساطة، الطاقة الشمسية هي عبارة عن تكنولوجيات اقتصادية متعددة. فالخلايا الشمسية البيروفسكايت واعدة وذات كفاءة عالية، فضلاً عن كونها منخفضة التكلفة في الإنتاج. كما أنها مرنة أيضًا، على عكس معظم الخلايا القياسية. ومع ذلك، لا يزال ثباتها على المدى الطويل قيد الدراسة، حيث أثبتت الخلايا الشمسية القياسية مثل ألواح السيليكون فعاليتها لعقود من الخدمة. وتظل خيارًا آمنًا نظرًا لطول عمرها وكفاءتها. ويحاول العلماء والمهندسون باستمرار زيادة استقرار الخلايا الشمسية البيروفسكايتية. ومع إجراء المزيد من الأبحاث، ستكون قادرة على منافسة أو تجاوز أداء التقنيات التقليدية. وفي النهاية، تلعب كلتا الخليتين الشمسيتين دوراً مهماً في التحول نحو الطاقة المستدامة. لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: ما هي خلايا البيروفسكايت الشمسية؟

س: هي خلايا شمسية مصنوعة من مواد ذات بنية بلورية من البيروفسكايت. وهي تعد بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة.

و: كيف يمكن مقارنة خلايا البيروفسكايت الشمسية بخلايا السيليكون الشمسية؟

س: خلايا البيروفسكايت أقل تكلفة في الإنتاج ويمكن أن تكون مرنة. بينما توفر خلايا السيليكون عمرًا واستقرارًا مثبتًا.

س: ما هو التحدي الأكبر في خلايا البيروفسكايت الشمسية؟

س: إن ثباتها على المدى الطويل في الحرارة والرطوبة هو التحدي الأكبر.