ابتكار خلايا شمسية صغيرة تعمل بالإضاءة الداخلية تغني عن البطاريات

كشفت دراسة حديثة أنّ مجموعة كبيرة من الأجهزة الشخصية والمنزلية ستتمكّن يوماً ما من العمل من دون بطاريات، وذلك بعد تطوير تقنية شمسية جديدة، تتمتع هذه الخلايا الشمسية بالقدرة على تجميع الطاقة من الإضاءة الداخلية.

وأشار الباحثون إلى أنّ لهذا الاكتشاف تطبيقات واسعة، ويمكن أن يمكّن المستهلكين من تشغيل أجهزة مثل لوحات المفاتيح وأجهزة الإنذار وأجهزة الاستشعار باستخدام الإضاءة الداخلية المحيطة فقط.

فقد استخدم الباحثون مادة البيروفسكايت لتجميع الضوء في الخلايا الشمسية. هذه المادة تستخدم بالفعل في خلايا شمسية أخرى، وتوفّر مزايا مميّزة مقارنة بالألواح الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون، بحسب ما ورد في موقع "live Science" عن الدراسة التي نشرت في مجلة "المواد الوظيفية المتقدمة" journal of advanced functional materials.

ووفقاً للدراسة، يمتصّ البيروفسكايت الضوء المحيط منخفض الطاقة بكفاءة أكبر من الطرق التقليدية، مما يجعله مثالياً للاستخدام الداخلي. ووجد الباحثون أيضاً أنّ خلايا البيروفسكايت الجديدة التي طوّروها كانت أكثر كفاءة بست مرات من الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون.
 
وفي هذا الإطار، قال مجتبى عبدي جلبي، الباحث المشارك في الدراسة، إنّ "الخلايا الشمسية المشتقة من البيروفسكايت تُمثل، على المدى الطويل، بديلاً أكثر استدامة وفعّالية من حيث التكلفة للبطاريات"، مضيفاً: "تعتمد مليارات الأجهزة التي تتطلّب كميات صغيرة من الطاقة على استبدال البطاريات، وسيزداد هذا العدد مع توسّع إنترنت الأشياء".

وتابع: "حالياً، تُعدّ الخلايا الشمسية التي تلتقط الطاقة من الإضاءة الداخلية باهظة الثمن وغير فعّالة، ويمكن لخلايا البيروفسكايت الشمسية الداخلية المصمّمة خصيصاً لدينا أن تحصد طاقة أكبر بكثير من الخلايا التجارية، وهي أكثر متانة من النماذج الأولية الأخرى".

وأصبح البيروفسكايت مادة شائعة الاستخدام في الألواح الشمسية، بفضل مزاياه الواضحة مقارنةً بالمواد القائمة على السيليكون، ومع ذلك، ورغم أنّ تطبيقاته واعدة، إلّا أنّ له عيوباً عديدة تتعلق بالاستقرار وطول العمر.

وهي عيوب دقيقة في البنية البلورية للبيروفسكايت، تتسبّب هذه المصائد في انحشار الإلكترونات في عيوب وتجاويف دقيقة داخل المادة. تمنع هذه المصائد تدفّق الكهرباء، وتسرّع من تدهور المادة بمرور الوقت، بسبب التدفّق غير الخطي للشحنات عبرها.

ولمواجهة ذلك، استخدم الباحثون في الدراسة الجديدة مزيجاً من المواد الكيميائية لتقليل حجم هذه العيوب، وشمل ذلك استخدام كلوريد الروبيديوم، الذي "شجّع على نمو أكثر تجانساً" لبلورات البيروفسكايت، وقلّل من كثافة المصائد، وفقاً لما ذكره ممثّلو الدراسة في البيان.

كما استُخدمت مادتان كيميائيتان أخريان - يوديد N,N ثنائي ميثيل أوكتيل أمونيوم (DMOAI) وكلوريد فينيثيل أمونيوم (PEACl)، وكلاهما أملاح عضوية للأمونيوم لتثبيت نوعين من الأيونات (يوديد وبروميد) ومنع انفصالهما،

وأشارت الدراسة إلى أنّ هذا الأمر ساعد في معالجة مشكلة تدهور الأداء طويل الأمد في الخلية الشمسية.

بعد معالجة مشكلة مصائد الشحنات، وجد الباحثون أنّ خلاياهم الشمسية تحوّل 37.6% من ضوء الأماكن المغلقة إلى كهرباء، وأوضحوا  أنّ هذا قد تحقّق عند 1000 لوكس، أو ما يعادل "مكتباً مضاء بشكل جيد".
 
كما وجد الباحثون في الدراسة أنّ المتانة طويلة الأمد للخلايا الشمسية تحسّنت، حيث حافظت على 92% من أدائها على مدار 100 يوم.

وقال جلبي: "تكمن ميزة خلايا البيروفسكايت الشمسية تحديداً في انخفاض تكلفتها، فهي تستخدم مواد متوفرة بكثرة على الأرض ولا تتطلب سوى معالجة بسيطة، ويمكن طباعتها بطريقة طباعة الصحيفة نفسها".

اقرأ أيضاً: علماء روس يطورون بطارية حيوية من الميكروبات والنباتات غير المضرة بالبيئة