في مقال علمي نُشر في مجلة ساينس (Science) العلمية الشهيرة، كشف علماء في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) عن خارطة طريق لتطوير الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من مادتي البيروفسكيت والسيليكون وتسويقها، مما يمهد الطريق لمستقبل مدعوم بالطاقة النظيفة الوفيرة وغير المكلفة في المملكة العربية السعودية والعالم.
وتتناول المقالة التي شارك في تأليفها البروفيسور ستيفان دي وولف وفريقه البحثي في مركز أبحاث الطاقة الشمسية في كاوست، جهود الفريق على تحسين كفاءة الطاقة الشمسية لتحقيق أهداف الطاقة الشمسية في المملكة العربية السعودية.
ميزة الابتكار الجديد
تجمع تقنية البيروفسكيت والسيليكون الترادفية بين قوة المادتين: قوة امتصاص البيروفسكيت الفعالة للضوء، واستقرار السيليكون على المدى الطويل لتحقيق كفاءة قياسية. وقد حققت هذه التقنية نتائج باهرة في السابق، في عام 2023 حين أعلن مختبر دي وولف في كاوست عن تحقيق رقمين قياسيين عالميين لكفاءة تحويل الطاقة باستخدامها، تبعه تحقيق خمسة أرقام قياسية عالمية في العام نفسه، مما يظهر تقدمًا سريعًا في تقنية الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من مادتي البيروفسكيت والسيليكون.
ومع ذلك، فإن ترجمة النجاح في المختبر إلى تطبيقات في العالم الحقيقي يتطلب دراسة متأنية؛ نظرًا للتحديات الرئيسية لتطوير هذه التقنية الحديثة وتسويقها. ومن بين هذه الأمور التي تقترح الورقة أخذها في الاعتبار هي مراعاة ظروف العالم الحقيقي، مثل درجات الحرارة المتغيرة وكثافة أشعة الشمس. حيث تقترح إجراء اختبارات جغرافية (ميدانية) لتحسين أداء الخلايا الشمسية في مواقع محددة.
كما أن تسريع اختبارات الاستقرار للخلايا الشمسية هو أيضًا من بين الاعتبارات الأساسية لهذه التقنية. حيث يتعين أن يكون للخلايا الشمسية المنشورة عمر افتراضي يدوم عقودًا. وبسبب ذلك، فإن تسريع اختبارات التدهور والتآكل التي تستغرق سنوات عديدة إلى إطار زمني أقصر بكثير ضرورية للغاية، خصوصًا أنها بالغة الأهمية لتحديد الأسعار والضمانات التنافسية.
ومع ذلك، فإن ترجمة النجاح في المختبر إلى تطبيقات في العالم الحقيقي يتطلب دراسة متأنية؛ نظرًا للتحديات الرئيسية لتطوير هذه التقنية الحديثة وتسويقها. ومن بين هذه الأمور التي تقترح الورقة أخذها في الاعتبار هي مراعاة ظروف العالم الحقيقي، مثل درجات الحرارة المتغيرة وكثافة أشعة الشمس. حيث تقترح إجراء اختبارات جغرافية (ميدانية) لتحسين أداء الخلايا الشمسية في مواقع محددة.
كما أن تسريع اختبارات الاستقرار للخلايا الشمسية هو أيضًا من بين الاعتبارات الأساسية لهذه التقنية. حيث يتعين أن يكون للخلايا الشمسية المنشورة عمر افتراضي يدوم عقودًا. وبسبب ذلك، فإن تسريع اختبارات التدهور والتآكل التي تستغرق سنوات عديدة إلى إطار زمني أقصر بكثير ضرورية للغاية، خصوصًا أنها بالغة الأهمية لتحديد الأسعار والضمانات التنافسية.
نماذج مبتكرة لخفض التكلفة
وتنطوي عمليات التصنيع الحالية على تكاليف مادية عالية ومواد كيميائية يحتمل أن تكون خطرة، والتي قد تتطلب احتياطات سلامة مكلفة أيضًا، لذا، تقترح الورقة نماذج مبتكرة لخطوط الإنتاج والتصنيع الميكانيكية لتحديد فرص خفض التكلفة خلال هذه العملية.
وقال البروفيسور ستيفان دي وولف "من المتوقع أن يتجاوز سوق الخلايا الترادفية من مادتي البيروفسكيت والسيليكون 10 مليارات دولار في غضون عقد من الزمن. وأن كاوست تمتلك الريادة العالمية في تطوير هذه التقنية الواعدة التي يمكنها توفير طاقة نظيفة ومنخفضة التكلفة يستفيد منها الجميع".
ويعكس هذا البحث الرائد الذي تقوده كاوست التزام الجامعة بتطوير تقنيات صديقة للبيئة تعمل على تعزيز السياسات الخالية من الانبعاثات والكربون وتأمين مستقبل مستدام في المملكة العربية السعودية والعالم أجمع.
