بحوث الخلايا الشمسية الصبغية في الوطن العربي

4 2 دقائق

الطاقة الشمسية هي واحدة من التقنيات الرائدة لإنتاج طاقة نظيفة ومتجددة، ولكن الخلايا الشمسية الضوئية لا تزال غير اقتصادية في مجالات عديدة. المفتاح لتحسين الخلايا الضوئية وجعلها أكثر كفاءة، هو باستخدام أكبر جزء من الطاقة التي تحصل عليها الخلايا، إما عن طريق الخلايا الشمسية التي تستخدم مزيج من الضوء والحرارة، أو بزيادة اتساع طيف الأشعة الضوئية التي يمكن أن تستفيد منها الخلية في إنتاج التيار.

الخلايا الضوئية تعمل عن طريق امتصاص الفوتونات، واستخدام تلك الطاقة في استثارة الكترونات و نقلها الى نطاق التوصيل، مما يخلق زوج الإلكترونات- فجوة. المفتاح لتوليد الكهرباء في الخلية الضوئية هو فصل زوج الإلكترونات – فجوة، ونقل الإلكترون الى خارج الخلية لتوفير التيار الكهربائي والذي يطلق عليه اسم التيار الضوئي. الطاقة اللازمة لنقل الإلكترون إلى نطاق التوصيل تسمى فجوة الطاقة، وهي الطاقة اللازمة لبدء عملية انتاج التيار الضوئي، وهي غير محددة عموما و لكنها تعتمد على نوع المادة. وعلى الرغم من تطبيق الخلايا الشمسية كمصدر بديل للطاقة مازال محدوداً، فالمطلوب اجراء الكثير من التطوير عليها قبل أن تكون مناسبة لاعتمادها على نطاق واسع. النفط الرخيص يعني أن كفاءة دورة الحياة للخلايا الشمسية يجب أن تكون مرتفعة إلى حد ما قبل أن يصبح انتاج الكهرباء بالطاقة الشمسية قادراً على المنافسة. كفاءة انتاج الكهرباء بالطاقة الشمسية يواجه بمصاعب كثيرة منها: تكلفة انتاج الخلية يجب أن تكون منخفضة، وكمية الضوء التي يتم تحويلها إلى الكهرباء بحاجة إلى أن تكون مرتفعة، والعمر الافتراضي للخلية يحتاج إلى أن يصبح أطول. و المفتاح في المواد المستخدمة.

من أجل جعل الخلايا الشمسية أكثر كفاءة، يبحث البعض في تطوير مواد قادرة على تحرير الالكترونات استجابة الى طيف واسع من ألوان الضوء (أطوال موجية وطاقات مختلفة). ولتحقيق ذلك، قام الباحثون بتشريب الخلايا الشمسية في جزيئات صبغية. فالجزيئات الصبغية تمتص الضوء بكفاءة، وإلا لم تكن ملونة. وهذه هي الخلايا الشمسية الصبغية. وهي تكنولوجيا واعدة ولكنها تحتاج للكثير من التطوير لجعلها أكثر كفاءة. هذا التطوير يستهدف تغيير المواد المستخدمة في الأقطاب الموصلة أو في الكهرل (إالكتروليت) أو في مادة الشريحة أو نوع الصبغ، أو غير ذلك. وهناك لكل اختيار مصاعب تقنية أيضاً ونظرية، وهنا تكمن لذة البحث العلمي في ايجاد الحل!!

في وطننا العربي، حيث الشمس المشرقة والسماء الصافية توفر طاقة شمسية لا تنضب، يقوم بعض العلماء بالبحث في هذه المسائل. وهناك محاولات متفرقة في تطوير الخلايا الشمسية الصبغية. وجدنا أول ورقة علمية نشرت في الوطن العربي، من الجامعة الأمريكية في بيروت في عام 2003. قام بها باحثة لبنانية بالتعاون مع باحثين من الولايات المتحدة، تركز هذه المجموعة على تطوير الخلايا الشمسية الصبغية من خلال استخدام بللورات نانوية الحجم تكون طبقات ثنائية. نشرت المجموعة في هذا الموضوع ثلاث أوراق بحثية عالية المستوى، ولكنها متباعدة فالثانية كانت في 2005 والأخيرة في 2008 .

مجموعة بحثية أخرى في الجامعة الأمريكية في بيروت أيضاً، تتناول الموضوع من جهة أخرى، حيث تركز جهودها حول الاكتروليت، هذه المجموعة نشرت أولى أوراقها البحثية في هذا الموضوع في عام 2008، واستمرت في نشر 6 أوراق بحثية بمعدل ورقتين سنوياً تقريبا، وهي أيضاً أوراق نالت اهتمام الكثير من الباحثين في العالم في هذا الموضوع. مجموعة أخرى من جامعة نجران بالمملكة العربية السعوية، نشرت أولى أوراقها في العام 2009. هنا يقوم الباحثون بتنمية بللورات نانوية من ZnO على ما يسمى Fluorine-Doped tin-Oxide (PTO)، لغرض تطوير الخلايا الشمسية الصبغية. وهي مجموعة تعد نشيطة حيث أنها نشرت منذ 2009 الى الآن 7 أوراق بحثية نالت استحسان الكثير من المهتمين في العالم.

بقي ان نقول، أن مجموع الأوراق البحثية المنشورة من جامعات عربية في مجال تطوير الخلايا الشمسية الصبغية بلغ 29 ورقة، ومن أربع دول عربية، موزعة كالتالي: السعودية 12، لبنان 10 ، مصر 6 والجزائر 1 . ومن الشكل تتضح عدم الاستمرارية، وأن هناك محاولات من بعض الباحثين، سرعان ما تتوقف. ويدل ذلك على أنه غالباً، عدم وجود مجموعات بحثية وطنية تقوم بهذه البحوث.

الدراسة كاملة تجدونها في ملف الـ PDF أعلى الصفحة