طوّر فريق دولي، بقيادة باحثين من جامعة يونيفرسيتي كوليدج لندن البريطانية، خلايا شمسية جديدة متينة، قادرة على حصد الطاقة بكفاءة من الإضاءة الداخلية.
وأوضح الباحثون أن هذه الخلايا تمهّد الطريق لتشغيل أجهزة مثل لوحات المفاتيح، وأجهزة التحكم عن بُعد، وأجهزة الإنذار، والحساسات، دون الحاجة إلى بطاريات. ونُشرت النتائج، يوم الاثنين، في دورية (Advanced Functional Materials).
واستخدم الفريق مادة تُعرف باسم «البيروفسكايت»، التي تُستعمل بشكل متزايد في الألواح الشمسية الخارجية، وتمتاز بإمكانية تعديل تركيبها لامتصاص الأطوال الموجية المحددة الصادرة عن الإضاءة الداخلية.
وعلى عكس الألواح الشمسية التقليدية القائمة على «السيليكون»، توفر «البيروفسكايت» أداءً أفضل داخل الأماكن المغلقة بفضل القدرة على ضبط تركيبها الكيميائي لامتصاص الضوء الداخلي بكفاءة أكبر.
لكن من أبرز عيوب «البيروفسكايت» وجود عيوب مجهرية في بنيتها البلورية تُعرف باسم «الفخاخ» (Traps)، وهي مواقع يمكن للإلكترونات أن تعلق فيها قبل استغلال طاقتها. وهذه العيوب لا تعيق تدفق الكهرباء فحسب، بل تسهم أيضاً في تدهور المادة بمرور الوقت.
وللتغلب على هذه المشكلة، أضاف الباحثون مزيجاً من المواد الكيميائية، من بينها «كلوريد الروبيديوم»، لتعزيز نمو أكثر تجانساً لبلورات البيروفسكايت وتقليل عدد الفخاخ. كما أضافوا مركبات عضوية خاصة تعمل على تثبيت الأيونات ومنع تدهور أداء الخلايا مع مرور الزمن.
وكانت النتيجة خلايا شمسية داخلية أكثر كفاءة بنحو ستة أضعاف من أفضل الخلايا التجارية المتاحة حالياً، حيث سجلت كفاءة تحويل للطاقة بلغت 37.6 في المائة عند مستوى إضاءة يعادل مكتباً مضاءً جيداً، وهو رقم وصفه الفريق بأنه قياسي عالمي.
وفي اختبارات المتانة، احتفظت الخلايا الجديدة بـ 92 في المائة من أدائها بعد 100 يوم، مقارنة بـ 76 في المائة فقط في الخلايا التقليدية. كما أظهرت مقاومة عالية في اختبار قاسٍ تحت إضاءة شديدة لمدة 300 ساعة عند درجة حرارة 55 درجة مئوية، إذ احتفظت بـ76 في المائة من أدائها، في حين تراجع أداء النماذج التقليدية إلى 47 المائة.
ووفقاً للباحثين، فإن المواد المستخدمة في هذه الخلايا متوافرة ورخيصة، ما يدعم فرص الإنتاج التجاري على نطاق واسع. كما أن الخلايا الجديدة يمكن أن تُستخدم لمدة تصل إلى خمس سنوات أو أكثر، بدلاً من أسابيع أو أشهر قليلة فقط.
وأشار الفريق إلى أن «مليارات الأجهزة التي تحتاج إلى كميات صغيرة من الطاقة تعتمد على استبدال البطاريات، وهي ممارسة غير مستدامة. ومع توسع إنترنت الأشياء، سيزداد هذا العدد. حالياً، الخلايا الشمسية التي تحصد الطاقة من الضوء الداخلي باهظة الثمن وغير فعّالة، لكن خلايانا المصممة خصيصاً من البيروفسكايت يمكنها جمع طاقة أكبر بكثير من الخلايا التجارية، وهي أكثر متانة من النماذج الأولية الأخرى، وهذا يمهّد الطريق لأجهزة إلكترونية تعمل بالطاقة من الضوء المحيط الموجود بالفعل في حياتنا».
