خلايا شمسية رخيصة تتفوّق بفضل عيوبها وليس رغمها

كشف باحثون نمساويون عن السرّ وراء كفاءة الخلايا الشمسية البيروفسكيتية المدهشة رغم شوائبها؛ إذ تتحوّل عيوبها إلى شبكة من المسارات التي تُيسّر حركة الشحنات الكهربائية بدلاً من إعاقتها.

تحرير
ألمعي · هيئة التحرير
النشر
١١ أبريل ٢٠٢٦
المصدر
ScienceDaily
القراءات
١
الوقت
قراءة دقيقة
خلايا شمسية رخيصة تتفوّق بفضل عيوبها وليس رغمها

حلّ علماء في معهد العلوم والتكنولوجيا النمساوي لغزاً حيّر الباحثين سنواات: كيف تحقّق الخلايا الشمسية البيروفسكيتية كفاءةً عالية رغم احتوائها على شوائب وعيوب بنيوية كثيرة؟ والجواب الذي توصّلوا إليه يُقلب المنطق السائد رأساً على عقب: العيوب ليست مشكلة، بل هي في الواقع مصدر قوة.

تُصنَّع خلايا البيروفسكيت من معادن الرصاص والهاليد ومواد عضوية، وتتميّز بانخفاض تكاليف تصنيعها مقارنةً بخلايا السيليكون التقليدية. غير أن الخلايا منذ اكتشافها في أوائل العقد الثاني من هذا القرن كانت تُظهر أداءً لافتاً رغم افتقارها لنقاوة المواد التقليدية، وهو ما استدعى تفسيراً مقنعاً. يكشف الباحثان دميترو راك وجانيبيك ألبيشيف عن الآلية التفصيلية: العيوب البنيوية داخل الخلية تُشكّل شبكةً من «جدران المجال»، وهي حواجز مجهرية تفصل بين مناطق متباينة في البلورة. وعندما يُوّلد الضوءُ زوجاً من الإلكترون والفجوة الكهربائية، يعمل المجال الكهربائي المحلي عند جدران المجال على فصلهما فورياً وتوجيه كلٍّ منهما في مسار مختلف، مما يمنع إعادة اتحادهما وضياع الطاقة.

وباستخدام أيونات الفضة بوصفها علامات كاشفة، تمكّن الباحثون لأول مرة من تصوير هذه الشبكة المخفية من جدران المجال داخل الخلية، وهو ما يشبه في تعبير ألبيشيف تقنية التصوير بالأوعية الدموية في جسم الإنسان.

للاكتشاف أبعاد عملية مهمة: فبدلاً من محاولة إزالة العيوب أو التحكم في التركيب الكيميائي لتجنّبها، يمكن للمهندسين التركيز على تصميم البنية الداخلية للمادة بشكل يُعظّم شبكة جدران المجال ويجعلها أكثر اتصالاً وكفاءة. هذا يُفتح أمام صناعة البيروفسكيت مساراً جديداً لتحسين الأداء ربما يكون أكثر فعالية من المسار الكيميائي التقليدي.

قال الباحث راك: «يُقدّم عملنا أول تفسير فيزيائي لهذه المواد يأخذ في الحسبان معظم خصائصها الموثّقة، إن لم يكن كلّها»، مشيراً إلى أن هذا يُمثّل قفزة في الفهم الأساسي قبل أن يكون مجرد تطبيق تقني.

في سياق التحديات المناخية والطاقوية العالمية، تحتلّ خلايا البيروفسكيت موقعاً واعداً في منظومة الطاقة الشمسية المستقبلية. وإذا أمكن ترجمة هذا الفهم الجديد إلى خلايا تجارية محسّنة، فسيُسهم ذلك في تسريع انتشار الطاقة الشمسية الرخيصة كمصدر أساسي للكهرباء النظيفة.

المصدر الأصلي
ScienceDaily
قراءة المقال الأصلي ↗
قصة اليوم · كل صباح

أعجبك التقرير؟ استلم واحداً كل صباح.

قصةٌ تقنية واحدة تستحقّ وقتك، بالعربية. بلا إعلانات، بلا إزعاج.

بلا إعلانات · إلغاء الاشتراك بنقرة واحدة · بياناتك آمنة

اقرأ أيضًا

المزيد من علوم

تصور فني لقمر كيوبسات مُصمَّم للكشف عن الأسلحة النووية في المدار — معهد MIT

باحثو MIT يقترحون أقماراً اصطناعية صغيرة لكشف الأسلحة النووية المدارية

نشر باحثو معهد ماساتشوستس في مجلة Nature Astronomy خطةً لنشر أقمار كيوبسات مزودة بكواشف نيوترونية قادرة على رصد الرؤوس الحربية النووية في المدار الأرضي.

SpaceNews
رسم فني لنظام نجمي ثنائي يجمع قزماً أبيض وقزماً أحمر — جامعة وارويك

علماء الفلك يكتشفون أربعة أقزام بيضاء مختبئة على مقربة من مجموعتنا الشمسية

كشف فريق بحثي دولي باستخدام مرقاب هابل عن أربعة أقزام بيضاء مخفية خلف أقزام حمراء في نظم نجمية ثنائية ضمن نطاق 65 سنة ضوئية من الشمس، أحدها على بُعد 25 سنة ضوئية فحسب.

ScienceDaily
الذكاء الاصطناعي مقابل الذكاء البشري

باحث يطعن في فرضية تورينج الكبرى: هل ضلّ الذكاء الاصطناعي طريقه منذ 75 عاماً؟

عالم الحاسوب بيتر دينينج يجادل بأن افتراضَي تورينج الأساسيين المتعلقَين بالذكاء المجرّد ومحاكاة اللغة قد وجّها البحث التقني في الاتجاه الخاطئ، وأن المعرفة الضمنية البشرية لا يمكن رقمنتها مهما اتسعت النماذج.

ScienceDaily
مسبار بيرسيفيرانس على سطح المريخ

بيرسيفيرانس يُتمّ ماراثوناً على المريخ في نصف الزمن الذي استغرقه أوبورتيونيتي

مركبة ناسا بيرسيفيرانس تُكمل 42 كيلومتراً على سطح المريخ في خمس سنوات وأربعة أشهر فحسب، متفوقةً على سجل أوبورتيونيتي الذي استغرق أكثر من 11 عاماً لتحقيق الإنجاز ذاته.

ScienceDaily
بكتيريا الأمعاء وسرطان القولون

علماء يكتشفون البوابة التي يستخدمها سُمّ بكتيري لإطلاق سرطان القولون

باحثون من جونز هوبكنز يكشفون أن سُمّ بكتيريا الأمعاء الشائعة يرتبط ببروتين كلودين-4 كبوابة دخول لتدمير حاجز القولون، مع نجاح أوّلي لـ'خداع جزيئي' في حماية الفئران.

ScienceDaily
خلايا عصبية ومرض الزهايمر

هيكل خلوي خفي في الخلايا العصبية قد يُبطئ مسار مرض الزهايمر

علماء من جامعة بنسيلفانيا يكتشفون أن انهيار هيكل شبكي دقيق يُبطّن الخلايا العصبية يُفضي إلى تراكم بروتينات الزهايمر، مما يفتح أفقاً علاجياً جديداً قائماً على تثبيت هذا الهيكل.

ScienceDaily