طور باحثو جامعة نانيانغ للتكنولوجيا خلايا شمسية قائمة على البيروفسكايت بسماكة تعادل جزءًا من عشرة آلاف من شعرة الإنسان. هذه البنية الجديدة قادرة على توليد الكهرباء من الضوء المنتشر وغير المباشر حتى على الأسطح التي لا تتعرض مباشرة لأشعة الشمس.
نُشرت الدراسة في مجلة ACS Energy Letters. وأوضح الباحثون أن التقنية تهدف بشكل خاص إلى تجاوز مشكلة الظل التي تواجهها المناطق الحضرية المكتظة.
التركيز على مشكلة الظل في المدن
في مراكز المدن حيث تحجب المباني العالية أشعة الشمس عن بعضها البعض، لا تعمل الألواح الشمسية التقليدية بكفاءة دائمة. تهدف خلايا البيروفسكايت الجديدة إلى تقليل هذا القيد وتوسيع نطاق إنتاج الطاقة ليشمل مساحات أوسع بكثير من الأسطح، وليس فقط الأسطح التقليدية.
تبرز واجهات المباني ونوافذ المكاتب وهياكل السيارات وزجاج المنازل كأبرز مجالات الاستخدام. وبفضل اللون المحايد للتقنية، يمكن دمجها في الأسطح دون أن تلفت الانتباه.
لم تُستخدم مذيبات سامة في التصنيع
تم استخدام طريقة التبخير الحراري في عملية التطوير. حيث تم تسخين مادة البيروفسكايت في غرفة تفريغ حتى تبخرت بفعل تأثير جول، ثم تم ترسيبها على السطح على شكل طبقة رقيقة جدًا.
أنتجت هذه الطريقة طبقات متجانسة بسماكة 10 نانومترات. عدم الحاجة إلى مذيبات كيميائية سامة يجعل عملية التصنيع أنظف بيئيًا وأكثر ملاءمة للاستخدام على نطاق واسع.
تطوير نوعين مختلفين من الخلايا
صمم الفريق نوعين من الخلايا بتغيير سماكة الطبقة: نوع معتم ونوع شبه شفاف. حقق النوع المعتم كفاءة طاقة تتراوح بين 7% و12%.
أما النوع شبه الشفاف فسمح بمرور 41% من الضوء المرئي وحقق كفاءة 7.6% في توليد الكهرباء. رغم أن هذه النسب أقل من الألواح السيليكونية، يؤكد الباحثون أن الميزة الحقيقية تكمن في زيادة مساحة السطح القابل للاستخدام.
إمكانية تحول المباني إلى مراكز لإنتاج الطاقة
يتم حالياً إنتاج الطاقة الشمسية في المدن غالبًا من خلال حدائق الطاقة الكبيرة خارج المدينة أو الألواح على الأسطح. مع انتشار خلايا البيروفسكايت فائقة النحافة، يمكن أن تتحول المباني نفسها إلى نقاط إنتاج طاقة.
تتيح هذه المقاربة استخدام الزجاج والواجهات والأسطح التي لم تكن تُستخدم سابقًا لإنتاج الطاقة، مما يوسع نطاق الطاقة المتجددة داخل المدن بشكل كبير.
