إكتشاف أول خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل باستعمال حبر الكربون

يبدو أن الابتكارات في مجال الطاقة المتجددة على موعد مع ثورة جديدة، مع توصُّل مجموعة علماء إلى خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل باستعمال حبر الكربون.

حيثر يكتشف العلماء -يومًا تلو الآخر- عن تطبيقات إبداعية للطاقة الشمسية، كان آخرها أول خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل من مادة البيروفسكايت، في إطار الجهود الرامية للتحول إلى الطاقة النظيفة.

ويُنظر إلى مادة البيروفسكايت على أنها البديل الواعد للسليكون في تصنيع خلايا شمسية فعالة ومنخفضة التكلفة، وإن كانت تحتوي على بعض السلبيات، أبرزها مادة الرصاص عالية السمية.

وتتويجًا لتلك المساعي، ابتكر فريق من الباحثين من جامعة سوانسي البريطانية حبر كربون منخفض التكلفة وقابلًا للتطوير، يمكن استعماله -للمرة الأولى- في تصنيع أول خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل من مادة البيروفسكايت، حسبما أورد موقع 'تيك إكسبلور' المتخصص.

خلايا شمسية قابلة للطباعة

وتوصل الباحثون من مركز سبيسفيك للإبداع والمعرفة في جامعة سوانسي لتصنيع أول خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل من مادة البيروفسكايت، إذ بحث العلماء عن بديل للقطب الكهربائي الذهبي الذي يُطبق -عادةً- باستعمال عملية تبخير بطيئة وباهظة الثمن بعد طباعة الجهاز، وفق ما اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

كلمة السر في التقنية

علّق كبير الباحثين في 'سبيسفيك' ديفيد بينون، على التقنية الجديدة بقوله: 'كلمة السر كانت في تحديد المزيج المُذيب الصحيح، وهو الذي يجف دون أن يتسبب في إذابة الطبقة الأساسية'.

وأوضح بينون: 'أثبت تحليل حيود الأشعة السينية أن الحبر المصنوع من قطب الكربون يستطيع الاضطلاع بتلك المهمة عند معالجته بنظام مُذيب متعامد؛ وتلك الطبقة الإبداعية يمكن تطبيقها بصفة مستمرة عند درجات حرارة منخفضة، وسرعة عالية'.

من جهته قال كبير باحثي الطاقة الشمسية تريستون واتسون: 'أول خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل من مادة البيروفسكايت تبدو واعدة جدًا في مسار الجهود المبذولة للتحول صوب الطاقة النظيفة'.

وأوضح واتسون: 'القدرة على إنتاج جهاز يعمل بصورة كاملة، يجعل الإنتاج بأحجام كبيرة أسهل واقتصاديًا بدرجة أكبر، ما يعد خُطوة كبيرة نحو تسويق تلك التقنية'.

وتقدم الأجهزة المزودة بأقطاب الكربون الكهربائية كفاءة مماثلة في الطاقة الشمسية بصفتها جزءًا من جهاز صغير الحجم على ركيزة زجاجية صلبة، مع كفاءة في تحويل الكهرباء تتراوح من 13-14%.

بل ويمكن لهذا الجهاز أن يُظهر أداءً أعلى في درجات الحرارة المرتفعة، والاستقرار الأفضل طويل الأجل، بعد إنتاج أول خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل من مادة البيروفسكايت.

وبالفعل نجح الجهاز -الذي طُبع على ركيزة مرنة يصل طولها إلى 20 مترًا- بكفاءة في تحويل الطاقة بنسبة 11%.

خلايا شمسية قابلة للطباعة

جيل جديد

قال الباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في 'سبيسفيك'، إرشاد بارفازيان: 'كان طلاء الكربون بالكامل هو الجزء الأكثر أهمية من هذا المشروع، وهي عملية جديدة من العمل مع أول خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل من مادة البيروفسكايت'.

وأوضح بارفازيان: 'تشهد كفاءة تلك الأجهزة زيادة منذ سنوات قليلة، مع توقعات بإمكان طباعتها بصورة كاملة، والعمل الحالي أثبت صحة ذلك'.

هذا الجيل الجديد من الخلايا الشمسية قد استفاد بصورة كبيرة من الهيكل التعاوني المميز لمخترعيه، الذي ضم متخصصين أكفاء في علم الكيمياء وعلماء المواد، ومهندسين من جامعة سوانسي.

ففي غضون 4 أعوام فقط، صُممت تلك الطريقة الإبداعية للطاقة الشمسية، وجرى تقييمها وتحليلها بالتفصيل، قبل مواءمتها مع الظروف، وتطويرها، ما جعل إمكان طباعة الملايين من أمتار الخلايا الشمسية وتركيبها عبر العالم، قريبة من أي وقت مضى.

وقال واتسون: 'التحدي القادم في الطاقة الشمسية المطبوعة بالنسبة إلينا في جامعة سوانسي هو أن نثبت للناس أن تقنية أول خلايا شمسية قابلة للطباعة بالكامل من مادة البيروفسكايت ذات جدوى'.

وأتم: 'ولتحقيق ذلك نحتاج إلى البدء في تصنيع شيء يشبه الألواح الشمسية، وبمقدورنا أن نركبها بعد ذلك على أسطح المباني، ومن ثم فقد اقتربنا كثيرًا من تصنيع مصادر الطاقة المتجددة التي يُعول عليها كثيرًا في المملكة المتحدة في الوقت الراهن'.