كشف العلماء في قسم الفيزياء بجامعة أكسفورد نهجاً جديداً لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، يمكن أن يحوّل مستقبل الطاقة المتجددة. وتبتعد هذه الطريقة المبتكَرة عن الاعتماد التقليدي على الألواح الشمسية القائمة على السيليكون، وتقدِّم بديلاً أكثر تنوعاً واستدامةً.
تتضمّن التكنولوجيا الجديدة طلاء أشياء مثل المباني والمركبات، وحتى الهواتف المحمولة، بمادة مرنة فائقة الرقة، يمكنها توليد الطاقة من ضوء الشمس.
التكنولوجيا وراء الابتكار
يكمُن جوهر هذا الابتكار في مادة جديدة تمتص الضوء، وهي رقيقة ومرنة بشكل مدهش، تكدّس هذه المادة طبقات متعدّدة تمتص الضوء في خلية شمسية واحدة، ويسمح هذا النهج متعدّد الوصلات للمادة بتسخير طيف أوسع من ضوء الشمس، ما يزيد بشكل كبير من كمية الطاقة المولَّدة.
وللمرة الأولى، تم اعتماد هذه المادة الجديدة لتوفير كفاءة طاقة تزيد عن 27 في المائة، أي على قدم المساواة مع أفضل الخلايا الكهروضوئية القائمة على السيليكون المتاحة حالياً، وقد تم منح الشهادة من المعهد الوطني الياباني للعلوم الصناعية المتقدمة والتكنولوجيا (AIST)، ما يؤكد بشكل أكبر على إمكانات المادة قبل نشر الدراسة البحثية في وقت لاحق من هذا العام.
أبرز الدكتور شوايفينج هو، زميل ما بعد الدكتوراه في الفيزياء بجامعة أكسفورد، التقدم السريع الذي أصبح ممكناً من خلال هذا النهج متعدّد الوصلات. وقال إنه «في غضون 5 سنوات فقط قمنا بزيادة كفاءة تحويل الطاقة من حوالي 6 في المائة إلى أكثر من 27 في المائة، وهو ما يقترب من حدود ما يمكن أن تحقّقه الخلايا الكهروضوئية أحادية الطبقة اليوم». وأضاف: «نعتقد أن هذا النهج يمكن أن يؤدي في النهاية إلى كفاءات أكبر، ربما تتجاوز 45 في المائة».
حل متعدّد الاستخدامات ومستدام
تتمثّل إحدى أهم مزايا هذه المادة الجديدة في تعدّد استخداماتها، حيث يبلغ سُمكها أكثر من ميكرون واحد، أي أرقّ بنحو 150 مرة من رقاقة السيليكون، ويمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من الأسطح، وليس فقط الألواح الشمسية التقليدية. تفتح هذه المرونة العديد من الاحتمالات لتوليد الطاقة الشمسية بطرق جديدة ومبتكرة.
ويؤكّد الدكتور جونكي وانج، زميل ما بعد الدكتوراه في برنامج ماري سكودوفسكا كوري أكشنز في قسم الفيزياء بجامعة أكسفورد، أنه من خلال استخدام مواد جديدة يمكن تطبيقها طلاءً، يمكن إثبات أنه يمكن تكرار أداء السيليكون، بل وحتى تجاوزه، مع اكتساب فائدة المرونة أيضاً.
ويرى جونكي وانج أن هذا أمر بالغ الأهمية؛ لأنه يَعِد بزيادة توليد الطاقة الشمسية، دون الحاجة إلى كميات هائلة من الألواح القائمة على السيليكون، أو المزارع الشمسية المبنية خصيصاً.
ويعتقد الباحثون أن هذا النهج يمكن أن يقلّل بشكل كبير من تكلفة الطاقة الشمسية، ما يجعلها الشكل الأكثر استدامةً للطاقة المتجددة المتاحة، ومنذ عام 2010 انخفضت التكلفة العالمية المتوسطة للكهرباء الشمسية بنحو 90 في المائة، ما يجعلها أرخص بنحو الثلث من الطاقة المولَّدة من الوقود الأحفوري.
وتَعِد الابتكارات مثل هذا بمزيد من خفض التكاليف، من خلال تقليل الاعتماد على الألواح السيليكونية، والحاجة إلى مزارع شمسية واسعة النطاق.
الإمكانات التجارية والتأثير المستقبلي
بدأت شركة أكسفورد للطاقة الكهروضوئية -وهي شركة انبثقت عن الجامعة لتسويق الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من «البيروفسكيت»- بالفعل في تصنيع هذه الخلايا الشمسية الجديدة على نطاق واسع في منشأتها في براندنبورغ أندر هافيل بألمانيا، ويمثل هذا المصنع أول خط تصنيع ضخم في العالم للخلايا الشمسية المترادفة المصنوعة من «البيروفسكيت» والسيليكون.
وعلى الرغم من التقدم فإن البروفيسور سنيث هنري سنيث، أستاذ الطاقة المتجددة بقسم الفيزياء بجامعة أكسفورد، يلاحظ أن المملكة المتحدة قد تخسر قيادة هذه الصناعة الناشئة دون دعم أكثر قوة. ويقول: «لقد فكّرنا في الأصل بمواقع التصنيع في المملكة المتحدة، لكن الحوافز المالية والتجارية المقدّمة في أجزاء أخرى من أوروبا والولايات المتحدة كانت أكثر إقناعاً».
ويؤكد أنه بينما ركزت المملكة المتحدة على بناء مزارع شمسية جديدة، فإن النمو الحقيقي سيأتي من تسويق ابتكارات مثل هذه. وأضاف سنيث: «يمكن أن تصبح أحدث الابتكارات في المواد والتقنيات الشمسية التي تم عرضها في مختبراتنا منصةً لصناعة جديدة، وتصنيع المواد لتوليد الطاقة الشمسية بشكل أكثر استدامةً، وبتكلفة أقل باستخدام المباني والمركبات والأشياء القائمة».
رؤية للمستقبل
يمتد التأثير المحتمل لهذه التكنولوجيا إلى ما هو أبعد من كفاءة الطاقة وخفض التكاليف، فمن خلال تمكين توليد الطاقة الشمسية على مجموعة واسعة من الأسطح، يمكن لهذا الابتكار أن يقلّل بشكل كبير من الحاجة إلى المزارع الشمسية التقليدية، ويدمج الطاقة المتجددة بشكل أكثر سلاسة في الحياة اليومية.
ومع استمرار العالم في التحول إلى مصادر طاقة أكثر خُضرةً، فإن العمل الذي يقوم به علماء أكسفورد يقدّم لمحة عن مستقبل الطاقة الشمسية، من خلال دفع حدود ما هو ممكن باستخدام المواد الكهروضوئية.
