الخلايا الشمسية سداسية التوصيل تحقق رقمين عالمين في الكفاءة

الخلايا الشمسية سداسية التوصيل تحقق رقمين عالميين في الكفاءة!

قام علماء في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (الأمريكي) NREL بتصنيع خلية شمسية بكفاءة تصل إلى 50% تقريبًا.

الخلية الشمسية سداسية التوصيل تمتلك الآن رقمًا قياسيًا عالميًا لأعلى كفاءة تحويل شمسي بقيمة 47.1%، والتي قِيسَتْ تحت إضاءة مركزة. كما سَجلتِ الخلية نفسُها رقمًا قياسيًّا للكفاءة تحت إضاءة الشمس بقيمة 39.2%.

قال جون جيز John Geisz العالِم الرئيس في مجموعة الخلايا الكهروضوئية البلورية عالية الكفاءة في NREL، والمؤلف الرئيس لورقة بحثية جديدة عن الخلايا التي سجلت رقمًا قياسيًا: «يوضح هذا الجهاز حقًّا الإمكانات غير العادية للخلايا الشمسية متعددة التوصيل».

«الخلايا الشمسية سداسية التوصيل بكفاءة تحويل 47.1%، وذلك تحت تركيز ضوئي مقداره 143 ضعفًا لضوء الشمس» هذا هو عنوان الورقة البحثية التي نشرت في مجلة Nature Energy، و التي كتبها المؤلفون المشاركون لجون جيز من NREL وأسماؤهم:
Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song, and Thomas Moriarty.

من أجل بناء الجهاز، اعتمد الباحثون على عناصر III-V، وذلك نسبة إلى موقعها في الجدول الدوري، والتي تمتلك مدًى واسعًا من خصائص امتصاص الضوء. وصُمِّمت كلٌّ من تقاطعات الخلايا الستة (الطبقات النشطة ضوئيًّا) بشكل خاص، بحيث تلتقط جزءًا معينًا من الطيف الشمسي. ويحتوي الجهاز إجمالًا على 140 طبقة من مواد III-V المتعددة لدعم أداء تلك الوصلات. ومع ذلك فهي أرق بثلاث مرات من شعرة الإنسان!. و نظرًا إلى طبيعة مواد III-V عالية الكفاءة، وكلفة تصنيعها، فإنها تُستخدم في تشغيل الأقمار الصناعية، وتؤدي أداءً لا مثيل له.

على سطح الأرض أيضًا، تكون الخلايا الشمسية سداسية التوصيل مناسبةً للاستخدام في الخلايا الكهروضوئية المركّزة، وذلك وفق ما قاله ريان فرانس أحد المؤلفين المشاركين في الورقة البحثية وعالِمٌ في NREL .

و قال أيضًا: «إن إحدى طرق تقليل التكلفة هي تخفيض المساحة المطلوبة، ويمكن فعل ذلك باستخدام مرآة تجمع الضوء وتركزه إلى نقطة معينة. وبذلك يمكنك التخلص من قرابة0.001% أو 0.01% من مساحة المادة، وذلك مقارنة بخلية سليكونية ذات لوح مسطح. ويمكنك استخدام كميات أقل بكثير من أشباه الموصلات عن طريق تركيز الضوء. وزيادة الكفاءة حينما تزيد تركيز الضوء هي ميزة إضافية أيضًا».

وصف فرانس احتمالية أن تزيد كفاءة الخلايا الشمسية عن 50% بأنه ممكن التحقق، أما الكفاءة بنسبة 100% فهي غير ممكنة بسبب الحدود الأساسية التي تفرضها الديناميكا الحرارية.

وقال Geisz إن العقبة الرئيسة التي تواجه البحث حاليًّا لكي تتجاوز كفاءة التحويل قيمة 50%، تتمثل في تقليل الحواجز المقاومة التي تعيق تدفق التيار داخل الخلية، وأشار في الوقت نفسه إلى أن مشاركة NREL بشكل كبير في تقليل الكلفة يتيح لهذه الأجهزة عالية الكفاءة أسواقًا جديدة.

المصدر :

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200414173255.htm