ديلي بيست: هل تشكل البرافسكايت مستقبل الطاقة الشمسية؟

نشر موقع "ديلي بيست" تقريرا للصحافي كريس باركر، حول مادة تتم تجربتها في لوحات توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية، وهي مادة تدعى برافسكايت، بدلا من السيلكون.

ويشير التقرير، الذي ترجمته "عربي21"، إلى أنه تم اكتشاف هذه المادة المعدنية البلورية عام 1839، في جبال الأورال في روسيا، لافتا إلى أنها مادة يتم تكونها من زوج من الأيونات الموجبة، محاطة بالأوكسجين الذي يرتبط بكل من الأيونين (ABO3).

ويقول باركر إن من مميزات هذه المواد إمكانياتها في نقل شحنة كهربائية، كما كان واضحا من ميزاتها، بصفتها موصلا عالي الفعالية، يتمتع بمقاومته العالية تحت التأثير المغناطيسي، بالإضافة إلى مميزات أخرى خاصة بهذه المادة، مشيرا إلى أن الأبحاث وجدت أن سبب كون هذه المادة فعالة جدا في جمع الطاقة من الشمس وتحويلها إلى كهرباء هو تركيبها البلوري المتميز.

ويبين الموقع أنه عندما يلامس الضوء الخلية الضوئية فإنه يقوم بإزاحة إلكترونات، تاركا فراغا مشحونا إيجابيا، حيث تهاجر الإلكترونات إلى جانب آخر من المادة، مولدة فرق جهد بين الجانبين، مشيرا إلى أن الفعالية تقيس مدى سهولة انتقال الإلكترونات في المادة، وهو ما يتعلق بالتركيبة الذرية للمادة، وكلما كانت هذه الفعالية أعلى كان بالإمكان الحصول على المزيد من الطاقة الشمسية. 

ويفيد التقرير بأن التركيب المحكم والمنتظم للسيلكون يسمح بتغلغل جيد للشحنة، مستدركا بأن التركيب المثالي يتطلب عملية تصنيع دقيقة ومكلفة للحماية ضد تلوث المادة.

ويلفت الكاتب إلى أن تصنيع بلورات برافسكايت يمكن أن يتم بتكلفة صغيرة في حرارة الغرفة ذاتها، ويبدو أنها تسمح للإلكترونات بالانتقال مسافة أكبر وبسرعة أكثر، و"إن لم يكن مفهوما بعد كيف يتم هذا الأمر".

وينقل الموقع عن الخبير في علم المادة من جامعة ستانفورد مايك توني، الذي حقق رقما قياسيا العام الماضي من خلال خلية شمسية ترادفية بالتعاون مع جامعة أريزونا، قوله: "التقدم كان هائلا على مدى الخمس سنوات الماضية، وتجاوز أي تكنولوجيا أخرى بكثير".

وينوه التقرير إلى أن فعالية أول خلية شمسية مصنعة من البرافسكايت عام 2009، وصلت فقط 3.8%، ثم قام دان سنيث في المملكة المتحدة عام 2012 بالتحسين على ذلك، من خلال صناعة خلية تحت ظروف حرارية عادية من مادة هاليد الرصاص، ثم انطلق السباق.

ويقول باركر إن الاهتمام كان كبيرا جدا حتى أصبحت الفعالية تقارب الحدود العملية، وأوضح توني قائلا: "لا يمكن أن تبقى تتحسن بهذا المعدل فترة أطول.. يزداد الأمر صعوبة، وهناك حدود أساسية ستصلها قريبا".

ويذكر الموقع أن الباحثين ينتجون خلايا شمسية من البرافسكايت تصل فعاليتها إلى ما يقارب فعالية تلك المنتجة من السيليكون (26.6%)، ويمكنها أن تذهب إلى ما هو أعلى (33% بينما الحد الأعلى النظري للسيلكون هو 29%).

وبحسب التقرير، فإن مادة البرافسكايت أسهل للتصنيع في درجات الحرارة العادية، ويمكن أن تتدفق مثل مادة رقيقة، أو حتى تطبع من خلال طابعات الحاسوب النفاثة، مشيرا إلى أنه بالمقارنة، فإن فعالية السيلكون التجاري 22.2% وفي اللوحات الشمسية لا تزيد على 17 إلى 18%. 

ويستدرك الكاتب بأنه مع أن السيلكون نظريا متوفر بكميات كبيرة، إلا أن عملية إنتاجه للخلايا الشمسية تحتاج تسخينه إلى درجات حرارة أكثر من 1000 درجة مئوية، والحفاظ على نقاء محيط التصنيع.

ويورد الموقع نقلا عن توني، قوله إن الحصول على السيليكات لتصنيع الخلايا الشمسية ليس سهلا، تحتاج إلى الكثير من الطاقة، وفي الوقت الحاضر لا ينتج العالم ما يكفي من هذه المواد لتصنيع الكميات اللازمة من اللوحات الشمسية لتوليد الكهرباء.

وأضاف توني: "هذه هي المحدودية، وليست اليوم، لكن خلال 4 إلى 5 سنوات، ولذلك يرى الكثير أن مادة البرافسكايت ستحل محل السيلكون في مزارع جني الطاقة الشمسية".

ويتساءل باركر فائلا: "فلماذا لا نستطيع شراء لوحات برافسكايت بعد؟ بالرغم من نجاح المادة المخبرية، إلا أنه لم يتم فحص لوحات مصنعة من البرافسكايت بعد، ما يجعل طرحها تجاريا في السوق ينطوي على مغامرة كبيرة، خاصة أنه لم يتم التوصل إلى حالة استقرار للخلايا المصنعة من هذه المادة واحتمال تأثرها بالرطوبة مثلا".        

ويختم "ديلي بيست" تقريرها بالإشارة إلى قول توني بهذا الخصوص: "إن كنت تريد هذه اللوحات على أسطح المنازل فهذا يعني أنك تريدها أن تعيش 30 عاما"، مضيفا أن هذا أمر لا أحد يستطيع أن يعده، خاصة أنه لم يمر على استخدام هذه المادة في الخلايا الشمسية فترة طويلة.