شارك فريق من مركز التحفيز والفصل في جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا في بحث يهدف إلى دراسة طبيعة "المواد الناقلة للثقوب"، وهي مركبات عضوية تساعد في نقل الشحنات الكهربائية على نحو يتسم بالكفاءة في نطاق الخلايا الشمسية، مع الحرص على عدم تحلل هذه الخلايا في نفس الوقت.
ويرى أفراد الفريق البحثي أن تطوير المواد الناقلة للثقوب يُعَد جزءًا رئيسًا من حل المعضلة المتمثلة في ضمان استقرار واستمرارية "خلايا بيروفسكايت الشمسية"، والمسماة باسم مركب "بيروفسكايت" البلوري، وهي خلايا ذات كفاءة عالية في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ويمكن إنتاجها بكلفة أقل من كلفة إنتاج الألواح الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون والتي لطالما هيمنت على سوق الطاقة المتجددة. وتواجه الألواح الشمسية التقليدية الآن منافسًا جديدًا يمكنه أن يجاريها في أدائها، وهو "خلايا بيروفسكايت الشمسية"، إلا إن استقرار واستمرارية هذه الخلايا يمثلان عقبة هائلة تعوق إنتاجها بكميات كبيرة.
ويشمل الفريق البحثي الدكتور شاكيل أفراج والدكتورة مروة عبدالله والدكتور أحمد عبد الهادي، وقد تعاونوا مع باحثين من "الجامعة المركزية الوطنية" في تايوان، لدراسة المواد الناقة للثقوب، ونشروا عملهم البحثي في مجلة "كوريدنيشن كيمستري ريفيوز" العلمية المتخصصة في فرع الكيمياء التناسقية.
تلعب المواد الناقلة للثقوب دورًا حيويًا في خلايا بيروفسكايت الشمسية يتمثل في المساعدة في استخلاص الشحنات الموجبة (الثقوب) التي تتولد عندما يضرب ضوء الشمس طبقة مركب "بيروفسكايت". وتُستَخدَم المواد الناقلة للثقوب على نطاق واسع، ولكنها تعاني عيوبًا كارتفاع تكاليف الإنتاج ومحدودية الاستقرار والحاجة إلى مواد كيميائية مُضافة يمكنها إسراع عملية التحلل. ويجري الآن تصميم جزيئات عضوية ذات تركيبات حلقية غير متجانسة ومتعددة الحلقات، وهي أُطُر كيميائية تُحسِّن مستويات نقل الشحنات وتعزز الاستقرار الحراري والصلابة على المدى الطويل لدى خلايا بيروفسكايت الشمسية.
ويتصدى الباحثون للتحديات الرئيسة التي تعيق أداء خلايا بيروفسكايت الشمسية بالتعديل في تركيب المواد الناقلة لثقوب ويجري الآن تصميم مواد جديدة لنقل الثقوب ذات تركيبات جزيئية أكثر فعالية تقاوم التحلل في درجات الحرارة المرتفعة وتتسم بتنظيم أفضل لمستويات الطاقة لتقليل فقدان الطاقة وتتمتع بخواص لا مائية للحيلولة دون حدوث التلف الناجم عن الرطوبة، والذي يُعَد سببًا شائعًا لتحلل الخلايا الشمسية. وتؤدي هذه التطورات إلى توافر خلايا شمسية ذات أداء أعلى واستمرارية أطول يمكنها أن تساعد في وصول خلايا بيروفسكايت الشمسية إلى مستوى يُستفاد منها تجاريًا بشكل أسرع.
دفعت الاختراقات العلمية الأخيرة خلايا بيروفسكايت الشمسية إلى الارتقاء بمستويات كفائتها ورفعها إلى ما يتجاوز 26 بالمائة، وهو ما يعزز تنافسيتها مع الألواح الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون، إلا أن أعضاء الفريق البحثي في جامعة خليفة يرون أن الاستقرار يبقى هو العقبة الأخيرة التي تحول دون بدء إنتاج خلايا بيروفسكايت على نطاق كبير. ويمكن بالتركيز على ابتكارات الكيمياء العضوية تطوير مواد تساهم بتحسين الأداء وتُحدِث ثورة في صناعة الطاقة المتجددة وتوفر بديلًا بتكلفة اقتصادية منخفضة وفي نفس الوقت أكثر وأكفأ للتكنولوجيات الشمسية الحالية.
ترجمة: سيد صالح
أخصائي ترجمة وتعريب