تتمتع الخلايا الكهروضوئية الميكرومترية بمزايا كبيرة مقارنة بتقنيات الطاقة الشمسية التقليدية، فهي تخفض تكاليف إنتاج الطاقة بما يصل إلى ثلاث مرات. ومؤخرا، استطاع فريق من المهندسين تصنيع أول خلايا كهروضوئية ميكرومترية ذات اتصال خلفي، ما يمهد الطريق لعصر جديد من التصغير في مجال الأجهزة الإلكترونية. ولا تزال الأجهزة الإلكترونية في طريقها إلى التصغير.
أوتاوا(كندا) – حقق مهندسو جامعة أوتاوا، بالتعاون مع شركائهم الوطنيين والدوليين، المركز الأول عالميا بتصنيعهم أول خلايا كهروضوئية ميكرومترية ذات اتصال خلفي.
والخلايا الكهروضوئية هي وسيلة لتوليد الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء مباشرة باستخدام أشباه موصلات تحمل أثر الضوئية. وتستخدم الخلايا الكهروضوئية الألواح الشمسية والتي تتكون من عدد من الخلايا الشمسية والتي تحتوي على مواد ضوئية.
ويبلغ حجم الخلايا ضعف سمك خصلة الشعر. وتتمتع بمزايا كبيرة مقارنة بتقنيات الطاقة الشمسية التقليدية، فهي تقلل من التظليل الناتج عن الأقطاب الكهربائية بنسبة 95 في المئة وقد تخفض تكاليف إنتاج الطاقة بما يصل إلى ثلاث مرات.
ونُشرت ورقة التقرير على صفحات دورية “سيل ريبورت فيزيكال ساينس”.
الخلايا الكهروضوئية الميكرومترية معتمدة في مجالات مثل الخلايا الشمسية والبطاريات النووية خفيفة الوزن
وقاد البحث أستاذ الفيزياء ماتيو دي لافونتين وهو باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة أوتاوا، وكارين هينزر نائبة العميد والباحثة في الأجهزة الضوئية للطاقة بكلية الهندسة. ويمهد الاكتشاف الطريق لعصر جديد من التصغير في مجال الأجهزة الإلكترونية.
ولا تزال الأجهزة الالكترونية في طريقها إلى التصغير والانكماش حتى أنها قد تصل إلى مرحلة عدم الرؤية بالعين المجردة.
وتضمنت عملية تصنيع الخلايا الكهروضوئية الميكرومترية شراكة بين جامعة أوتاوا وجامعة شيربروك في كيبيك ومختبر تقنيات الإلكترونيات الدقيقة في غرونوبل بفرنسا.
وقالت هينزر “إن هذه الخلايا الكهروضوئية الميكرومترية تتميز بخصائص مبهرة تشمل حجمها الصغير وقدرتها الهائلة على تقليل التظليل”. وأشارت إلى أن هذه الخصائص تناسب تطبيقات مختلفة، كتكثيف الأجهزة الإلكترونية. وأكّدت كونها معتمدة في مجالات مثل الخلايا الشمسية والبطاريات النووية خفيفة الوزن لاستكشاف الفضاء وتصغير أجهزة الاتصالات وإنترنت الأشياء.
والبطارية النووية الضوئية هو جهاز يحول الطاقة النووية إلى ضوء ثم يستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية مثل التكنيتيوم ـ 99 أو السترونيتيوم ـ 90 في جزيئات غازية سائلة تحتوي على غاز من الإنارة من النوع المثير وتشكل رماد البلازما.
وقال دو لافونتين “إن هذا التقدم التكنولوجي يعد بفوائد كبيرة للمجتمع”. وذكر أن الخلايا الشمسية الأقل تكلفة والأكثر قوة ستساعد في تسريع تحول الطاقة. ويرى أن البطاريات النووية خفيفة الوزن ستسهّل استكشاف الفضاء، وأن تصغير الأجهزة سيساهم في نمو إنترنت الأشياء بما يمكّن من تصنيع أجهزة كمبيوتر وهواتف ذكية أكثر قوة. وقال إن تطوير هذه الخلايا الكهروضوئية الميكرومترية الأولى يعد خطوة حاسمة في تصغير الأجهزة الإلكترونية. وقال العلماء إنه كلما تقدمت التكنولوجيا كلما صغر حجمها.
واستطاع خبراء في الكيمياء بجامعة شيكاغو ابتكار مكون إلكتروني في حجم الجزيء يمكن أن يكون حيويا في استمرار اتجاه تصغير الأجهزة الالكترونية. يقوم المكون الإلكتروني المبتكر في حجم الجزيء بالتحكم في اتجاه التيار الكهربي في اتجاه واحد بين الأجهزة الإلكترونية، وتسمى هذه المنتجات في صناعة أشباه الموصلات بوصلات “بي. إن ” وهي في نصف حجم الترانزستستورز.
ويقول مان كيث نج الحاصل على الدكتوراه في الكيمياء ولوبنج يو أستاذ الكيمياء بجامعة شيكاغو وصاحب الابتكار الإلكتروني الجديد “إن هذا المكون قد يحدث ثورة في حجم الأجهزة الإلكترونية”.
وأضافت هينزر “تعد أشباه الموصلات أمرا حيويا في التحول إلى اقتصاد محايد للكربون. ويعد هذا المشروع واحدا من العديد من مبادرات كلية الهندسة البحثية لتحقيق أهدافنا المجتمعية”.
وتندرج أشباه الموصلات في ثلاثة من المجالات البحثية الخمسة في كلية الهندسة، وهي تقنيات المعلومات والضوئيات والمواد الناشئة، وإثنين من مجالات البحث الإستراتيجية الأربعة في جامعة أوتاوا، وهما خلق بيئة مستدامة وتشكيل العالم الرقمي.
وتبرز الشراكة الدولية بين كندا وفرنسا أهمية الابتكار والبحث في مجال التصنيع الدقيق، حيث يتجه العالم نحو مستقبل تصبح فيه التكنولوجيا أكثر قوة يسهل الوصول إليها بشكل غير مسبوق. كما تمثل خطوة تاريخية في تطور المشهد العلمي والتكنولوجي العالمي.
وأشرف على تمويل هذه المبادرة مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا، ومؤسسة أبحاث الطبيعة والتكنولوجيا في كيبيك، وبرنامج هوريزون يوروب فرايموورك، وبرومبتكيبيك، ومؤسسة ستايس.
ومن الرائع أن نرى بيانا صحفيا من كندا. وأبلغ عن قائمة باستخدامات تتجاوز الخلايا الشمسية. وقد تكون هذه دفعة إضافية نحو اعتماد السوق لهذه التقنيات. ودائما ما يعد خفض التكاليف نتيجة مرغوبة. ولكن القول بأن التكنولوجيا ستخفض التكاليف ثلاث مرات يبدو مبكرا. وسيحتاج مهندسو العمليات إلى الوقت وإلى إلقاء نظرة شاملة لتقييم كيفية دمج هذه التقنية في الإنتاج الحالي.
ونأمل في أن تكون تكاليف التكنولوجيا منخفضة بما يكفي للسماح بموجة جديدة من الإنتاج في نصف الكرة الغربي قبل تخصيص التكنولوجيا في آسيا.
وانخفضت تكلفة الطاقة الشمسية بشكل مطرد منذ أن تم تصنيعها لأول مرة، ومستوى تكلفة الكهرباء للخلايا الكهروضوئية قادرة على المنافسة مع مصادر الكهرباء التقليدية على مستوى التوسع في المناطق الجغرافية. وهناك سياسة من شركة الكهرباء بحيث يتم إرسال فاتورة خاصة للمستهلكين الذين يستخدمون مصادر الطاقة المتجددة في بعض مناطق العالم.
ويتوقع الخبراء، تراجع تكلفة الطاقة الشمسية التي تعتبر الأقل سعرا بين مصادر الطاقة الأخرى، من 40 دولارا للميجاواط في الساعة في الوقت الحالي لنحو 20 دولارا فقط، بحلول عام 2030؛ نظراً لطرح المزيد من المشاريع.
ومن المنتظر استمرار زيادة سعة توليد الطاقة الشمسية والرياح، لتشكيل ما يزيد على 33في المئة من الإمدادات العالمية للكهرباء، بحلول عام 2030، وذلك من واقع 12 في المئة حاليا، ما يعني تراجع سعة التوليد بالمحطات العاملة بالوقود الأحفوري، بحسب تقرير صادر عن وكالة “رويترز”.
ووفقا لتوقعات التقرير، من المرجح إنتاج الطاقة الشمسية والرياح ما بين 12 و14 ألف تيرا واط في الساعة، ما يزيد على مستوى إنتاج عام 2022 بنحو 3 إلى 4 مرات.
وتتجاوز هذه المستويات المتوقعة ما ناشدت به الحكومات العالمية قبيل انطلاق قمة “كوب28 “، بزيادة إنتاج الطاقة المتجددة، بنحو 3 أضعاف بحلول عام 2030.
وتشهد قطاعات مثل، الكهرباء والمواصلات، اللذين يمثلان أكثر من 50 في المئة من طلب الوقود الأحفوري، نموا مستمرا فيما يتعلق بتقنيات الطاقة الجديدة، حيث بلغا نقاط تحول في انتشارهما، ليمهدا الطريق أمام عمليات تبنٍ واسعة النطاق.
كما يتوقع التقرير، انخفاضا مستمرا في طلب الوقود الأحفوري، ربما بنسبة تصل لنحو 30 في المئة بحلول عام 2030، مقارنة بذروة الطلب التي حققها خلال العام الماضي 2022، نظراً لتكلفته المعقولة.
ويؤدي تزايد معدل الإمدادات لتراجع أسعار الطاقة المتجددة بوتيرة غير مسبوقة، ما يجعل الهيدروجين بتكلفته العالية غير قادر على المنافسة، في معظم الأسواق العالمية.
وتراجعت تكلفة الكهرباء المولدة بالطاقة المتجددة، على مدى الـ10 سنوات الماضية، مع تجاوزها لعدد من العقبات الرئيسية التي كانت تعترض طريق انتشارها. وانخفضت تكلفة الطاقة الشمسية والبطاريات، بنسبة قدرها 80 في المئة، في الفترة بين 2012 إلى 2022، بينما تراجعت تكلفة طاقة الرياح البحرية 73 في المئة والبرية 57 في المئة.
وإلى جانب الدول الرائدة في أوروبا وأميركا والصين، تتبنى دول أخرى الطاقة المتجددة بوتيرة متسارعة في منطقة الشرق الأوسط وأفريقيا وأميركا اللاتينية. وحققت دول مثل، الدنمارك والأورجواي وليتوانيا، النسبة التي تستهدفها الوكالة الدولية للطاقة، لزيادة سعة توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية والرياح لنحو 41 في المئة بالمقارنة مع 12 في المئة، بحسب رجزون، واحدة من أكبر المؤسسات في العالم والمتخصصة في وظائف وتحليل وأخبار قطاع النفط والغاز.
العرب