00:00هذه الخلية الشمسية الصغيرة قد تحدث ثورة في الطاقة الشمسية التي نعرفها
00:05إنها أكفأ من الخلايا التقليدية المصنوعة من السيليكون
00:09يمكن تركيبها بسهولة ولا تحتاج إلى التعديم مثل السيليكون
00:14يمكنها تشغيل مكبرات الصوت الذكية في منزلك كما يمكن تركيبها على أسطح المباني
00:19لنتعرف على هذه البنية البلورية المسمات بيروفسكايت التي تعد بثورة خيالية في مجال الخلايا الشمسية
00:27لفهم سبب تفوقها الكبير على الخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون
00:32أتيت إلى هنا معهد هيلم هولتز في بيرلين
00:35حيث كانوا يجرون أبحاثاً على مدى عقد من الزمن على البيروفسكايت كمادة تمطص أشعة الشمس
00:42وهذا هو الرجل المسؤول عن البحث ستيف ألبريغت
00:47لقد سجل أرقاماً قياسية عالمية في كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت
00:53مبدئياً كيف تبدو البيروفسكايت؟
00:58مصطلح بيروفسكايت مصطلح عام جداً لبنية بلورية معينة يمكنك رؤيتها هناك
01:05تحتوي البنية البلورية على الصيغة A-B-X-F-E
01:10وكل مكون فيها يكون إما عنصراً معيناً أو جزئياً
01:15أحد التراكيب الأكثر شيوعاً في هذه البنية هو الميثيل أمونيوم K-A في الزوايا
01:20الرصاص المعدني K-B في الوسط
01:24والكلوريد أو اليوديد الذي يتشكل حول المعدن K-X
01:29لكن هناك مجموعة واسعة من المواد التي يمكن استخدامها وتكوينها
01:34ومن المدهش مدى سهولة تجميع هذه المواد
01:38نحن ندخل المختبر
01:40لكن قبل أن نبدأ الأمان أولاً لأننا سنستخدم مع أحد زملاء ستيف الرصاص السام
01:47تبدو مثل طبيب بيطاري
01:51حسناً حان الوقت للحصول على المواد الأساسية
01:55ماثيو يخلط كلوريد الميثيل أمونيوم ويوديد الرصاص ليصنع بعد ذلك بنية A-B-X-3 البلورية
02:06ما ميزة هذه المواد مقارنة بالسيليكون؟
02:10أعتقد أن إحدى الميزات الرئيسية للبروف سكايت مقارنة بالسيليكون
02:15هي سهولة معالجة
02:17فالسيليكون يتطلب طاقة كبيرة لتصنيعه
02:21لكن البروف سكايت يمكن تصنيعه في درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة
02:26لا يحتاج إلى الكثير من الطاقة لذلك من السهل تصنيعه وكل شيء متوفر
02:32لذا لن يكون هناك عائق في الإنتاج
02:36الآن بعد أن حصلنا على المواد الأساسية نحتاج إلى إنتاج بروف سكايت قادر على امتصاص الشمس
02:42يحقق ماثيو ذلك باستخدام تقنية تسمى الطلاء بالطرد المركزي
02:47لكن يمكن أيضا طباعة الخلايا الشمسية المصنوعة من البروف سكايت مباشرة على الأسطح
02:53باستخدام عملية مماثلة لتلك المستخدمة في طباعة الصحف
02:57قد تكون عملية الطلاء بالطرد المركزي مرهقة
03:05أسقط ماثيو الشريحة الزجاجية بالخطأ
03:08لا يمثل ذلك مشكلة كبيرة في التجارب المخبرية
03:11ولكن في الإنتاج التجاري لا ينبغي أن يحصل هذا
03:14نجح الأمر في المحاولة الثانية
03:16بعد الطلاء بالطرد المركزي يتم وضعها على صفيحة تسخين
03:19ويظهر لنا التعتيم أن البلورات تتشكل
03:22تماما كما يتبخر ماء البحر حيث تبدأ في رؤية الملح
03:28هناك خلايا مثل هذه مصنوعة بالكامل من البروف سكايت
03:32ولكن في كثير من الأحيان توجد طبقة من السيلكون تحتها
03:36تسمى هذه الخلايا بالخلايا الترادفية وتبدو هكذا
03:42حاليا تعد هذه الخلايا واعدة فيما يخص تحسين كفاءة الخلايا الشمسية
03:46ولكن في مرحلة ما قد يكون التخلي عن السيليكون ممكنا
03:50لاختبار كفاءة خلاياهم الترادفية يستخدم الباحثون في معهد هيلم هولتز
03:55جهاز محاكاة الشمس
03:57يحدد بدقة مقدار أشعة الشمس التي تحول إلى كهرباء
04:01ما هي نسبة الكفاءة التي قسناها؟
04:04قسنا نحو 30% وهو إنجاز جيد
04:07ولماذا تحقق الخلايا الشمسية الترادفية كفاءة أعلى بكثير من الخلايا الشمسية التقليدية؟
04:13تستفيد الخلايا الشمسية الترادفية بشكل أكبر من الضوء الوارد
04:18لدينا طيف الشمس والخلايا الشمسية تتقاصم هذا الطيف
04:22فالخلايا الشمسية المصنوعة من البروف سكايت تستفيد في هذه الحالة من الموجات المرئية الطويلة
04:28كل ما يمكننا رؤيته بالعين يتم تحويله في الخلايا الشمسية المصنوعة من البروف سكايت إلى طاقة كهربائية
04:36يمر الضوء تحت الأحمر عبر الخلايا الشمسية المصنوعة من البروف سكايت
04:40بينما يتم تحويله في الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون
04:44وهي فعالة للغاية في تحويل الضوء تحت الأحمر
04:47هكذا تتقاصم الخلايا الطيف وكل خلايا فعالة للغاية في مجالها
04:52قد لا يبدو هذا كثيرا ولكن آي كي يخبرني بأنه يمكن بهذه الطريقة تحويل نحو 50% إضافية من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية
05:01وبذلك يمكن انقصاص المزيد من ضوء الشمس
05:04لكن لا يمكنك شراء هذه الخلايا الشمسية الترادفية بعد
05:07فهناك الكثير لضبطه قبل دخولها مرحلة الانتاج التجاري
05:12مشكلة رئيسية هي استقرار بنية البروف سكايت المستخدمة في الخلايا الشمسية الترادفية
05:17يمكن تركيب بنية البروف سكايت بسهولة في درجات حرارة مخفضة كما رأينا سابقا لكنها أيضا تنفصل بسهولة
05:24حتى الشحنات التي تمر عبر البروف سكايت في الخلايا الشمسية يمكن أن تتسبب في عيوب وتدمير بنية البروف سكايت
05:32كما أن العوامل الخارجية مثل الرطوبة والحرارة والأكسجين والأشعة فوق البنفسجية
05:37يمكن أن تؤدي إلى تحلولها بشكل أكبر وتقليل كفاءتها القياسية بسرعة
05:42تسمى كل هذه العملية بالتدهور
05:45ويحاول الباحثون والشركات مكافحتها بأشكال تغليف مختلفة
05:49يقومون بتغليف الوحدات الشمسية لحمايتها من التأثير الخارجية وهذه خطوة أساسية للتسويق التجاري
05:58شركة كيو سيلز وهي جزء من شراكة أكاديمية وصناعية أوروبية تخطط لتطوير وحدات بحجم تجاري بكفاءة 26% على مدى 30 عاما
06:09شركة أوكسفورد بي في التي أسسها خريجو جامعة أوكسفورد حققت كفاءة بنسبة 28.6% ويفترض أنها حلت مشكلة التدهور
06:19ولكن لم تنشر أي من الشركتين بيانات قابلة للتحقق بعد
06:24ولم يتم نشر الكثير من الأبحاث حول الاختبارات الخارجية في العالم الحقيقي
06:29واو هناك الكثير من القلايا الشمسية التي تختبرونها هنا
06:34هذه كاروليني أولبغيش وهي تشرف على اختبارات تدهور الخلايا الشمسية الترادفية في معهد هيلمهولتز
06:41ما هي مستويات الاستقرار التي نتعامل معها هنا؟
06:45أحيانا تخفق الخلايا بعد بضعة أيام وأحيانا تدوم لسنوات
06:50قام فريق أولبغيش بقياس فقدان بنسبة 20% في الكفاءة خلال نصف عام فقط
06:56تستغرق الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون حوالي 20 عاما للوصول إلى هذا المستوى من التدهور
07:02تقول بعض الشركات إنها حلت هذه المشكلة وهي جاهزة لدخول السوق في العام المقبل
07:09هل تعتقدين أن هذا ممكن؟
07:11نسمع شائعات في المؤتمرات لكنهم لا يظهرون البيانات كل شيء سري
07:18الخلايا الشمسية الترادفية ستحتاج أيضا إلى المنافسة في السعر مع الخلايا الحالية
07:24أمر يرى الخبراء أنه صعب التحقيق
07:26حيث انخفضت تكاليف الطاقة الشمسية التقليدية بنسبة 89% منذ عام 2010
07:32أصبح الآن تركيب الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون أغلى من إنتاجها
07:36الخلايا الشمسية الترادفية لديها إمكانات كبيرة
07:39لا تزال هناك أمور يجلب أن تحدث لكي تعمل بشكل فعال
07:43وأنا فضولي لمعرفة ما إذا كانت ستطرح في السوق العام المقبل
Comments