عرف فريق البحث جبهة جديدة من خلال سجل كفاءة قياسي لمجمع شمسي تجريبي أكبر مصنوع من مادة البيرovكيت، وهي مادة واعدة في امتصاص الضوء. يساهم هذا الإنجاز في حل مشكلة رئيسية تواجه التقنية، وهي الحفاظ على أداء مرتفع مع توسع أحجام الأجهزة عن العينات الصغيرة المختبرية. خلال الاختبارات المعتمدة، حول الجهاز 23.5% من طاقة الضوء الواردة إلى كهرباء، محققًا بذلك زيادة قدرها 0.6 نقطة مئوية عن الرقم السابق في نفس الفئة، وليس بالضرورة سجلًا عامًا لجميع أنواع الألواح الشمسية. قاد فريق بقيادة شياوجين هاو تعاونًا مع شركة الطاقة أوتمولایت لإنتاج جهاز بقياس 30 في 30 سنتيمترًا، وركزت الشراكة على ضمان قدرة التصاميم المختبرية الواعدة على العمل بفعالية عند إنتاج ألواح شمسية أكبر. يعتبر هذا النموذج من الوحدات الفرعية، وهو وحدة أصغر ضمن عملية تطوير لوحدة شمسية كاملة، حيث بلغ مساحة فتحته المستخدمة لحساب الكفاءة 676 سنتيمترًا مربعًا، وهي مساحة أكبر بكثير من خلايا المختبر الصغيرة التي غالبًا ما تقاس بمتر مربع واحد تقريبًا. إن تصنيع خلية صغيرة عالية الجودة لا يضمن تلقائيًا وجود وصفة إنتاج موثوقة، خاصة عند تغطية مساحة أكبر بطبقة رقيقة من مادة امتصاص الضوء، حيث تتعقد عملية الحفاظ على ثخنها، وتركيبته البلورية، وسلوكها الكهربائي المنتظم. كما أن العيوب والمشكلات التي تظهر عندتقاطع الطبقات يمكن أن تُضعف من كمية الكهرباء المجمعة، ويتطلب الأمر أيضًا ربط أجزاء جهاز أكبر بشكل فعال لتحويل تحسين المادة إلى طاقة قابلة للاستخدام. تحظى مواد البيرovكيت باهتمام كبير نظرًا لإمكانية تعديل خصائصها في امتصاص الضوء، كما يمكن دمجها مع السيليكون، وهي المادة المستخدمة في أغلب الألواح الشمسية التقليدية، بحيث تلتقط كل طبقة طبيعة مختلفة من أشعة الشمس. تُعرف هذه التصاميم بطبقات التضاعف أو الخلايا التبادلية، والتي تهدف إلى توليد قدر أكبر من الكهرباء من مساحة واحدة، على الرغم من أن السجل الجديد هنا يركز على الوحدة الفرعية الكبيرة من مادة البيرovكيت نفسها. قام الفريق أيضًا بإزالة طبقة أكسيد النيكل التي تُستخدم عادةً في هذا النوع من الأجهزة، حيث يمكن أن تساعد على تحسين أداء الخلية، لكنها قد تتفاعل سلبًا مع البيرovكيت وتزيد من خطوات التصنيع. أشارت الجامعة إلى أن نهج تصنيع مختلف ساعد على ظهور اتصال يجمع الشحنات الكهربائية الموجبة أثناء عملية التصنيع، مع التعاون مع أحد الشركاء الصناعيين الذي ساعد في تقييم إمكانية تشغيل الفكرة على مساحة أكبر. لا تزال الكفاءة واحدة من التحديات المهمة، إذ أن أجهزة البيرovكيت معرضة للتدهور عند التعرض للرطوبة والحرارة وضوء طويل الأمد، مما يستلزم تحسينات في متانة المنتج، والاستمرارية في التصنيع، والأداء على المدى الطويل. يهدف الباحثون إلى اختبار وحدة بمساحة 2.8 متر مربع في المستقبل، مع توقعات بكفاءة تتراوح بين 18 إلى 19% عند هذا الحجم الأكبر. وعلى الرغم من أن الأهداف المستقبلية تتعلق بزيادة الحجم وتحقيق كفاءات أعلى، إلا أن النتائج الحالية تمثل خطوة مهمة نحو المحافظة على الأداء أثناء عملية التوسع.
المصدر: جامعة UNSW سيدني.
تصميم جديد للألواح الشمسية يحقق رقم قياسي في الكفاءة بالحجم الأكبر
