أحدث الأبحاث حول الألواح الكهروضوئية

حاليًا، يعمل الباحثون على ثلاثة مجالات رئيسية لأبحاث الخلايا الكهروضوئية: السيليكون البلوري، والبيروفسكايت، والخلايا الشمسية المرنة.وتتكامل المجالات الثلاثة مع بعضها البعض، ولديها القدرة على جعل التكنولوجيا الكهروضوئية أكثر كفاءة.

السيليكون البلوري هو المادة شبه الموصلة الأكثر استخدامًا في الألواح الشمسية.ومع ذلك، فإن كفاءتها أقل بكثير من الحد النظري.ولذلك، بدأ الباحثون في التركيز على تطوير الخلايا الكهروضوئية البلورية المتقدمة.يركز المختبر الوطني للطاقة المتجددة حاليًا على تطوير مواد متعددة الوصلات من النوع III-V والتي من المتوقع أن تتمتع بمستويات كفاءة تصل إلى 30%.

البيروفسكايت هي نوع جديد نسبيًا من الخلايا الشمسية التي ثبت مؤخرًا فعاليتها والكفاءة.ويشار إلى هذه المواد أيضًا باسم "مجمعات التمثيل الضوئي".وقد تم استخدامها لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية.ومن المتوقع أن يتم تسويقها خلال السنوات القليلة المقبلة.وبالمقارنة بالسيليكون، فإن البيروفسكايت غير مكلف نسبيًا، وله نطاق واسع من التطبيقات المحتملة.

يمكن دمج البيروفسكايت مع مواد السيليكون لإنشاء خلية شمسية فعالة ومتينة.يمكن أن تكون الخلايا الشمسية البلورية البيروفسكايت أكثر كفاءة بنسبة 20 بالمائة من السيليكون.وأظهرت مواد البيروفسكايت وSi-PV أيضًا مستويات كفاءة قياسية تصل إلى 28 بالمائة.بالإضافة إلى ذلك، طور الباحثون تقنية ثنائية الجانب تمكن الخلايا الشمسية من حصد الطاقة من جانبي اللوحة.وهذا مفيد بشكل خاص للتطبيقات التجارية، لأنه يوفر المال في تكاليف التثبيت.

بالإضافة إلى البيروفسكايت، يقوم الباحثون أيضًا باستكشاف المواد التي يمكن أن تعمل كحاملات للشحنات أو ممتصات للضوء.يمكن أن تساعد هذه المواد أيضًا في جعل الخلايا الشمسية أكثر اقتصادية.يمكنهم أيضًا المساعدة في إنشاء لوحات أقل عرضة للتلف.

يعمل الباحثون حاليًا على إنشاء خلية شمسية Tandem Perovskite ذات كفاءة عالية.ومن المتوقع أن يتم تسويق هذه الخلية في العامين المقبلين.ويتعاون الباحثون مع وزارة الطاقة الأمريكية والمؤسسة الوطنية للعلوم.

بالإضافة إلى ذلك، يعمل الباحثون أيضًا على طرق جديدة لحصد الطاقة الشمسية في الظلام.وتشمل هذه الطرق التقطير الشمسي، الذي يستخدم الحرارة المنبعثة من اللوحة لتنقية المياه.ويجري اختبار هذه التقنيات في جامعة ستانفورد.

يدرس الباحثون أيضًا استخدام الأجهزة الكهروضوئية الحرارية.تستخدم هذه الأجهزة الحرارة المنبعثة من اللوحة لتوليد الكهرباء ليلاً.يمكن أن تكون هذه التقنية مفيدة بشكل خاص في المناخات الباردة حيث تكون كفاءة اللوحة محدودة.يمكن أن ترتفع درجة حرارة الخلايا إلى أكثر من 25 درجة مئوية على سطح مظلم.ويمكن أيضًا تبريد الخلايا بالماء، مما يجعلها أكثر فعالية.

كما اكتشف هؤلاء الباحثون مؤخرًا استخدام الخلايا الشمسية المرنة.يمكن لهذه الألواح أن تتحمل الغمر في الماء وهي خفيفة الوزن للغاية.كما أنهم قادرون على تحمل التعرض للدهس بواسطة سيارة.يتم دعم أبحاثهم من قبل برنامج Eni-MIT Alliance Solar Frontiers.لقد تمكنوا أيضًا من تطوير طريقة جديدة لاختبار الخلايا الكهروضوئية.

تركز أحدث الأبحاث حول الألواح الكهروضوئية على تطوير تقنيات أكثر كفاءة وأقل تكلفة وأكثر متانة.يتم تنفيذ هذه الجهود البحثية من قبل مجموعة واسعة من المجموعات في الولايات المتحدة وحول العالم.وتشمل التكنولوجيات الواعدة الجيل الثاني من الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة والخلايا الشمسية المرنة.