تقدم جديد في تحويل ألواح زجاج المباني إلى مولدات طاقة شمسية

حقق باحثون أميركيون وصينيون تقدما في طريقهم إلى تطوير نوافذ أو واجهات زجاجية قادرة على توليد الكهرباء عبر الطاقة الشمسية، على أن تسمح في نفس الوقت بالرؤية عبرها.
وحسب ما ذكرت وكالة (د.ب.أ) فقد تمكن الباحثون من تطوير خلية شمسية تسمح بنفاذ الضوء وتضمن كفاءة تحويل الطاقة بنسبة تقارب 11 في المائة وشفافية بنسبة نحو 46 في المائة.
وتحدث العلماء تحت إشراف ستيفن فورست من جامعة ميشيجان في مدينة آن أربور (ميشيجان، الولايات المتحدة الأميركية) عن هذا التطوير في دورية (وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم) «بروسيدينجز أوف ذا ناشونال أكاديمي أوف سيانسز» (بي إن إيه إس).
يوضح فورست قائلا: «تعتبر النوافذ الموجودة في كل مبنى موقعا مثاليا للخلايا الشمسية العضوية، حيث إنها توفر شيئا لا يوفره السيليكون، وهو مزيج من كفاءة عالية للغاية في تحويل الطاقة وشفافية واضحة للغاية».
وتكاد تكون درجة شفافية الخلايا الشمسية مقاربة لشفافية النظارات الشمسية، التي تصل أحيانا إلى 50 في المائة فقط، وبذلك يمكن أن تحمي الخلايا الشمسية الشفافة في المستقبل من أشعة الشمس وفي نفس الوقت تنتج الكهرباء.
وأحرز الباحثون هذا التقدم عبر مواد مكملة وطلاءات إضافية في نطاق النانومتر (جزء واحد من مليون ملليمتر). وقد أدت إضافة فينيل النفثالين إلى مركبات عضوية معقدة، تُعرف اختصارا بـ(إس بي تي - إف آي سي) و(إيه 078) و(إيه 134)، إلى زيادة كبيرة في كفاءة تحويل الطاقة. وتضمن الطلاءات التي تحتوي على فلوريد المغنيسيوم ومركب عضوي يسمى بـ«سي بي بي» أكبر قدر من النفاذية في نطاق الضوء المرئي، بينما تنعكس الكثير من الأشعة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. وفي الجزء الداخلي من لوح الزجاج تم استخدام المزيد من الطلاءات التي تتضمن فلوريد المغنيسيوم وثاني أكسيد السيليكون.
وحقق الباحثون كفاءة عالية في تحويل الطاقة بنسبة 8.‏10 في المائة باستخدام قطب فضة، رغم أن عيبه هو أن الضوء الذي يمر عبره يأخذ لونا أخضر على نحو واضح. فالخلية الشمسية الشفافة تكون محايدة اللون تقريبا مع أكسيد قصدير الإنديوم على عكس المواد القطبية. ومع ذلك، فإن عيب أكسيد قصدير الإنديوم أنه يحقق فقط كفاءة في تحويل الطاقة بنسبة 1.‏8 في المائة وشفافية (نفاذية الضوء) بنسبة 3.‏43 في المائة.
يصف الباحث الرئيسي، يونجكسي لي، من جامعة ميشيغان التحدي بإيجاز قائلا: «كان على المادة الجديدة التي طورناها وهيكل الجهاز الذي صنعناه تحقيق العديد من التوافقات لضمان امتصاص جيد لأشعة الشمس وجهدٍ عالٍ وتيار كهربائي عالٍ وفي الوقت نفسه مقاومة منخفضة وشفافية حيادية اللون».
ويسعى الباحثون مستقبلا إلى مواصلة زيادة كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية وإطالة عمر خدمتها إلى عشر سنوات. ويتحدث ألكسندر كولسمان، الذي يرأس مجموعة «الخلايا الكهروضوئية العضوية» في معهد كارلسروه الألماني للتكنولوجيا (كيه آي تي)، عن نتائج التطوير باعتبارها «خطوة جيدة إلى الأمام». وذكر أنه من الجدير بالملاحظة أن الباحثين قاموا بتحسين أداء خاصيتين حاسمتين، وهما الكفاءة في تحويل الطاقة ونفاذية الضوء، وقال: «البحث يستند جيدا إلى مفاهيم قائمة بالفعل».