نقرن العلم بالتنمية عبر الأخبار والتحليلات

كشف يمهد لرفع كفاءة ’البيروفسكايت‘ في تجميع الطاقة الشمسية
  • كشف يمهد لرفع كفاءة ’البيروفسكايت‘ في تجميع الطاقة الشمسية

حقوق الصورة: Flicker/ World Bank

نقاط للقراءة السريعة

  • باحثون في قطر وأيرلندا يقولون إنهم سبروا أغوار التأثير الجزيئي لمكونات البيروفسكايت

  • أجروا محاكاة حاسوبية تكشف تكامل مكوني المادة الهجينة بما يعزز كفاءتها الفوتوفولطية

  • الكلمة الأخيرة للاختبارات العملية؛ فمن الممكن أن تظهر أشياء لم تكن واضحة في أثناء المحاكاة

Shares
[القاهرة] في غضون سنوات أربع قفزت مادة ’البيروفسكايت‘ الهجين بكفاءة الخلايا الشمسية المبنية عليها إلى 20%، فاستحوذت على الكثير من اهتمام الأوساط العلمية المعنية؛ فمثلها من أشباه الموصلات، لا سيما السيليكون -وهو سيد هذا المضمار- احتاج لعقود حتى يبلغ هذه النسبة.

ورغم التقدم المحرز، ظل الأصل المجهري الذي وراءه محل جدل بين تلك الأوساط. فالمادة عبارة عن مكون بلوري غير عضوي يمتص ضوء الشمس، يتخلله مكون عضوي شبه بلوري ويتداخل معه، أجمعت أبحاث نظرية على أنه لا دور له في عملية تجميع الطاقة الشمسية.

لكن باحثين في قطر وأيرلندا يقولون إنهم سبروا أغوار التأثير الجزيئي لمكونات البيروفسكايت، في دراسة استغرقت عامين، نُشرت نتائجها في مجلة ’نيتشر كوميونيكيشنز‘ المرموقة، داحضة حجة الإجماع المشار إليه.

تعاون في الدراسة باحثون من ’معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة‘ مع نظرائهم من ’مركز أبحاث الهندسة الحيوية والمواد المتقدمة‘، الذي تموله مؤسسة العلوم بأيرلندا، واستضافت الأبحاث كلية ترينيتي -دبلن الأيرلندية.

درس الباحثون نوعا من البيروفسكايت عبارة عن هاليد هجين تحتل رؤوس بنيته المكعبة جزيئات المكون العضوي، وهو هنا أيون موجب من الميثيل أمونيوم (كاتيون)، فيما يتشكل المكون غير العضوي من أيون سالب بثلاثي يوديد الرصاص على هيئة مجسم ثماني الأسطح.

كشفت الدراسة المنشورة أواخر أبريل الماضي أن اتجاه بنية المكون العضوي يقوم بدور جوهري في تحديد الخصائص الإلكترونية للمادة؛ ففوق درجة حرارة الغرفة تمارس الكاتيونات (العضوية) إجهادًا على المجسمات ثمانية الأسطح للمكون غير العضوي فتحرفها.

تقول فِدوى الملوحي، الباحثة بمعهد قطر لشبكة SciDev.Net: ”إن فهم السر في قوة مادة البيروفسكايت في التقاط الطاقة وتخزينها ومعرفة التفاعلات الجارية عند تعرضها للشمس سيفتح آفاقًا جديدة لتصميم مركبات أخرى بالمواصفات المطلوبة للخلايا الشمسية بتكلفة أقل“.

تشرح الدراسة الانحراف الحادث في بنية المكون غير العضوي أنه يتم بفعل الكاتيونات؛ حيث تتحول فجوة الطاقة بين إلكترونات أعلى نطاق التكافؤ وأدنى نطاق التوصيل من فجوة مباشرة إلى غير مباشرة، بما يبطئ من إعادة ارتباط حاملات الشحنة فيطول عمرها، ومن ثم سريان التيار الكهربي، فالطاقة المولدة.

يعني هذا أن المكونين يكمل بعضهما بعضًا، بما يعزز مجموعهما على توليد الكهرباء وتخزينها، وزيادة الكفاءة الفوتوفولطية للبيروفسكايت الهجين.

ستيفانو سانفيتو -الأستاذ بمركز أبحاث الهندسة الوراثية والمواد المتقدمة، وأستاذ نظرية المواد المكثفة بكلية ترينيتي- يقول: إن البحوث جرت باستخدام برامج محاكاة حاسوبية.

ويضيف الباحث المشارك بالدراسة أنها اختبرت زيادة الفاعلية في توليد الطاقة بتبديل أحد المكونات الحساسة للرطوبة إلى آخر عضوي مقاوم لها، وأقل تكلفة.

تحد آخر يشير له سانفيتو إذ يقول: ”على الصعيد العملي، لا بد من تطوير مواد مثل البيروفسكايت لا تحتوي على عنصر الرصاص السام، لكنها مستقرة في الجو الرطب“.

تقول نجوى خطاب -رئيس قسم الطاقة الشمسية سابقًا في المركز القومي للبحوث بمصر-: ”تستخدم المحاكاة الحاسوبية لاختبار أكثر من محدد والتغيير فيهم مرارًا للتحسين دون الحاجة لإجراء ذلك معمليا، ولكن تبقى الكلمة الأخيرة للاختبارات العملية، فقد تظهر أشياء لم تكن واضحة في أثناء المحاكاة“.

بيد أن جناحا الكشف يزمعان الاستمرار في الأبحاث للبناء عليها، حيث يقول سانفيتو لشبكة SciDev.Net: ”نخطط لعمل استعراض على نطاق واسع للمركبات الجديدة التي لديها صفات مشابهة للبيروفسكايت أو يمكن تحفيزها لامتصاص الضوء، وتظهر في الوقت نفسه قدرة على الاستقرار في البيئة“.

قدم الصندوق القطري لرعاية البحث العلمي منحة قيمتها 810 آلاف دولار أمريكي، للمزيد من البحث في هذا المجال، وتشمل عملية النمذجة والأنشطة التجريبية التي سيقوم بها الجانبان.

يُذكر أن المنطقة العربية بعيدة كل البعد عن استغلال الطاقة الشمسية نظرًا للتكلفة العالية للخلايا الشمسية.

لكن البيروفسكايت قليل التكلفة يمكن تصنيعه كيميائيًّا دون الحاجة لحرارة عالية مكلفة كالسيليكون.

يشار كذلك إلى أن قطر تتبني برنامجًا طَموحًا يهدف إلى توليد خُمس الطاقة الإجمالية المنتجة في البلاد من مصادر للطاقة المتجددة، بحلول عام 2024.
 
 
 هذا الموضوع أنتج عبر المكتب الإقليمي لموقع SciDev.Net بإقليم الشرق الأوسط وشمال أفريقيا
 
 



إعادة نشر المقال:
نشجعكم على إعادة نشر هذه المقالة على الإنترنت أو عبر الإعلام المطبوع، فهو متاح لدينا مجانًا تحت رخصة المشاع الإبداعي، ولكن يُرجى اتباع بعض الإرشادات البسيطة:
  1. يرجى الحفاظ على نسبة المادة لكاتبها.
  2. يرجى الحفاظ على نسبة المادة لـشبكة SciDev.Net - وحيثما أمكن إدراج شعارنا مع وصلة الى المقال الأصلي.
  3. يمكنك ببساطة إدراج الأسطر القليلة الأولى من هذه المقالة ثم إضافة: "يمكن قراءة المقال كاملا على SciDev.Net" متضمنة رابطًا للمقال الأصلي.
  4. إذا كنت تريد أيضا أخذ الصور المنشورة في هذه المقالة، ستحتاج إلى التنسيق مع المصدر الأصلي لها إذا كان يمكنك استخدامها.
  5. أسهل طريقة للحصول على هذه المادة على موقع الويب الخاص بك هو تضمين الكود الموجود أدناه.
لمزيد من المعلومات يمكن الاطلاع فيموقعنا على محددات وسائل الإعلام وإعادة النشر.