نجح الباحثون في جامعة توهوكو اليابانية بصناعة خلايا شمسية شفافة. تتميز هذه الخلايا بقدرتها الهائلة، رغم صغر حجمها، وقد تجدها قريبًا مُركبة في بناء جوارك!
كثرت الأقاويل مؤخرًا عن إمكانية الاستفادة من الطاقة النووية استفادةً حقيقية، لكن الواقع يُشير إلى أننا سنحتاج إلى وقت طويل حتى نستطيع فعل ذلك، على عكس مصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل طاقة الرياح.
لنفهم ماهية الطاقة النووية، انظر –ليس حرفيًا بالتأكيد- إلى الشمس. توجد كرة اللهب العملاقة هذه في مركز نظامنا الشمسي، وتشع نحو 173,000 تيرا واط من الطاقة الشمسية التي تصل إلى كوكب الأرض.
هذا القدر من الطاقة أكبر مما يحتاج إليه كوكبنا بعشرة آلاف ضعف، لذلك لا عجب أن العلماء يسعون إلى تسخير الطاقة الشمسية لخدمة البشرية. العمل على مشروع واسع النطاق للاستفادة من طاقة الشمس يواجه عوائق كثيرة، منها عوائق مرتبطة بالألواح الشمسية ذاتها، لأنها كبيرة وقاتمة و -لنكن صادقين- قبيحة المنظر.
لتجاوز تلك العقبات، وجد باحثون من جامعة توهوكو حلًا بسيطًا. صمم المهندسون «خلايا شمسية شبه شفافة»، اختصارًا (NISC)، إذ تسمح هذه الخلايا بمرور 80٪ من الضوء عبرها. نظريًا، يُمكن وضع هذه الخلايا في شرفة المنزل، أو على شاشة الهاتف، أو حتى زرعها تحت جلد الإنسان!
أوضح الباحثون: «حظيت فكرة ابتكار خلايا شمسية شفافة باهتمام كبير لمزاياها الكثيرة، التي تتغلب على عيوب الخلايا الشمسية التقليدية».
«نجحنا بصنع خلية خلايا شمسية شبه شفافة، باستخدام أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) -أحد أكثر الأكاسيد شفافية في الطبيعة- لبناء قطبين شفافين، وكبريتيد التنغستين أحادي الطبقة لبناء طبقة حساسة للضوء».
صورة ضوئية لخلية شمسية صُنعت من طبقة ذرية ثنائية الأبعاد
استخدم الباحثون المواد السابقة، إضافةً إلى طبقة رقيقة من أكسيد التنغستين توضع بين أكسيد قصدير الإنديوم وكبريتيد التنغستن، لصنع خلية شمسية تُعد الأولى من نوعها، لأنها أفضل من الخلايا الشفافة العادية بأشواط.
أوضح الأستاذ توشياكي كاتو من جامعة توهوكو، المشارك في الدراسة: «لخليتنا الشمسية معامل تحويل طاقة أفضل بـ 1000 ضعف مقارنةً بأداة مشابهة ذات قطب عادي من أكسيد قصدير الإنديوم».
لكي يكون هذا الاختراع مفيدًا، يجب أن يُصنع على نطاق واسع ليُستخدم ضمن الألواح الشمسية المتوفرة. لحسن الحظ، بحث الفريق هذا الأمر أيضًا.
يقول توشياكي: «يمكن الحصول على معامل تحويل طاقة هائل باستخدام أداة دقيقة، إلا أن القدرة الكلية للأداة ستكون محدودة نظرًا إلى صغرها».
لزيادة الطاقة التي تنتجها الخلية، ليس الأمر ببساطة زيادة حجم الخلية، إذ قد يؤدي ذلك إلى انخفاض الطاقة لا زيادتها. لذلك كان لابد من التوصل إلى تصميم هندسي مناسب لتصنيع الخلايا على نطاق أكبر.
وجد الباحثون أن نسبة العرض إلى الارتفاع يجب أن تكون أقل من النسبة الحرجة التي تبلغ تقريبًا 36. وبزيادة حجم الجهاز مع مراعاة التسلسل الأمثل من التوصيلات المتوازية، يمكن الحصول على قدر عال جدًا من الشفافية، قد يصل إلى 78%، مع قدرة لإنتاج الطاقة تصل إلى 420 بيكو واط».
«هذا أعلى قدر من الطاقة يمكن الحصول عليه من خلية شمسية مصنعة من مثل هذه المواد، ما يبشر بإمكانية الحصول على خلايا شمسية شبه شفافة على نطاق قابل للتصنيع».
اقرأ أيضًا:
خلايا شمسية أرق 100 مرة من شعرة الإنسان
خلايا شمسية رخيصة مصنوعة من خلايا الجمبري
ترجمة: طاهر قوجة
تدقيق: باسل حميدي
