خلايا شمسية هجينة من البيروفسكايت والسيليكون تكسر حاجز الكفاءة بـ33.1%

في خطوة تعِدُ بتغيير مستقبل الطاقة الشمسية، أعلن فريق دولي من الباحثين عن تحقيق قفزة نوعية في كفاءة الخلايا الشمسية الهجينة التي تجمع بين طبقتي البيروفسكايت والسيليكون، وهو إنجاز يعزز آمال الاعتماد على طاقة نظيفة وأكثر فعالية في العالم القريب. الفريق، الذي يضم باحثين من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية KAUST، وجامعة فرايبورغ، ومعهد "فراونهوفر" الألماني، نجح في ابتكار طريقة جديدة لمعالجة الخلايا الشمسية الهجينة، مما رفع كفاءتها إلى 33.1%، وهو رقم قياسي جديد يعكس مستقبلًا مشرقًا لتقنيات الطاقة المتجددة.

تبدأ أهمية هذا الإنجاز بفهم جوهري لتقنية الخلايا الشمسية الهجينة أو "التاندوم"، حيث يجتمع السيليكون المعروف بقوة تحمله واستقراره مع البيروفسكايت الذي أعاد رسم حدود الكفاءة في تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء. الخلايا الهجينة تجمع خصائص هذين المادتين: فالسيليكون يوفر قاعدة عمل قوية، فيما تضيف طبقة البيروفسكايت مساحة لامتصاص ضوء أوسع، ما يرفع من معدل استغلال الطاقة الشمسية.

وهذا يقودنا إلى التحدي الأبرز أمام العلماء، حيث عهدت الصناعة باستخدام طبقات سيليكون مجعدة على شكل أهرامات ميكروسكوبية لزيادة مساحة تعرض الضوء وبالتالي تحسين الكفاءة. لكن صعوبة إضافة طبقة البيروفسكايت فوق هذه الأسطح المركبة بقيت عائقًا إلى أن توصل الباحثون إلى ابتكار طريقة لتغلفة السطح غير المستوي باستخدام مركب كيميائي خاص يُسمى "ثنائى هيدروأيوديد ثنائي بروبان ديامين". هذه التقنية الجديدة لم تكتفِ بحماية سطح الخلية (وهي ما يُعرف بالـ "passivation") بل أدت لتحسين توصيليتها وقدرتها على إنتاج جهد كهربائي أعلى بلغ 2.01 فولت — وهو رقم غير مسبوق في هذا النوع من الخلايا الشمسية.

الانتقال لهذا الإنجاز التقني كان مدفوعًا برغبة علماء الفيزياء في تخطي سقف كفاءة خلايا السيليكون التقليدية، والذي يقارب 29.4% أي الحد النظري الأقصى. التقدم العلمي هنا لم يتوقف عند التغلب على تحدي التصفيح أو معالجة السطح فحسب، بل كشفوا أن هذه "المعالجة الكيميائية" تؤثر في كل طبقة البيروفسكايت وليس فقط على السطح، ما يعني تحسينًا حقيقيًا لخصائص امتصاص ونقل الشحنات الكهربائية في كامل الخلية الشمسية.

ولتوضيح مدى أهمية "المعالجة السطحية" أو ما يُسمى "التخميل"، يؤكد البروفيسور ستيفان دي وولف من KAUST أنها ليست ميزة إضافية، بل ضرورية لتحقيق الكفاءة والاستقرار على المدى الطويل، تمامًا كما حدث مع الخلايا السيليكونية الأحادية التي تهيمن اليوم على الأسواق. المثير أن الأثر الإيجابي لتقنية التخميل في البيروفسكايت تجاوز السطح لينعكس على كامل الطبقة الممتصة، على عكس ما اعتدناه سابقًا في السيليكون الذي تقتصر فائدة التخميل فيه على القشرة الخارجية فقط.

وفي سياق التطوير المستمر الذي يشهده قطاع الطاقة الشمسية، يرتبط هذا الإنجاز الجديد بدراسات رائدة سابقة أجراها معهد فراونهوفر ومشاريع بحثية ممولة من وزارات الطاقة على مستوى العالم. إذ يعد التطوير الحالي الخطوة الأساسية في سلسلة من البحوث والعروض التقنية التي تهدف لجعل الخلايا الشمسية الهجينة الخيار الأول في الإنتاج الصناعي مستقبلا.

بإيجاز، يمثل هذا التقدم في عالم خلايا الطاقة الشمسية الهجينة نقطة تحول لما تتمتع به من كفاءة، ثبات، وقابلية للتصنيع على نطاق واسع. من شأن هذه التطورات التقنية الواعدة أن تفتح آفاقًا غير مسبوقة أمام الطاقة المتجددة، فتضعنا خطوة أقرب نحو عالم يعتمد على حلول كهربائية نظيفة وفعّالة، لتصبح الشمس بالفعل أكبر مصدر للطاقة النظيفة التي يعتمد عليها البشرية.