بحوث الخلايا الشمسية الصبغية في الوطن العربي

		الطاقة الشمسية هي واحدة من التقنيات الرائدة لانتاج طاقة نظيفة ومتجددة، ولكن الخلايا الشمسية الضوئية لا تزال غير اقتصادية في مجالات عديدة. المفتاح لتحسين الخلايا الضوئية و جعلها 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 انتاج 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 و الذي يطلق عليه اسم التيار الضوئي. الطاقة اللازمة لنقل الإلكترون إلى نطاق التوصيل تسمى فجوة الطاقة، و هي الطاقة اللازمة لبدء عملية انتاج التيار الضوئي ، و هي 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، و كمية الضوء التي يتم تحويلها إلى الكهرباء بحاجة إلى أن تكون مرتفعة، و العمر 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 و طاقات مختلفة ) . و لتحقيق ذلك، قام الباحثون بتشريب الخلايا الشمسية في جزيئات صبغية. فالجزيئات الصبغية تمتص الضوء بكفاءة ، و إلا لم تكن ملونة. و هذه هي الخلايا الشمسية الصبغية.     الشكل المقابل يوضح طريقة عملها  و هي تكنولوجيا واعدة و لكنها 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. و هناك لكل اختيار مصاعب تقنية أيضا و نظرية، و هنا تكمن لذة البحث العلمي في ايجاد الحل!!     في وطننا العربي، حيث الشمس المشرقة و السماء الصافية توفر طاقة شمسية لا تنضب، يقوم بعض العلماء بالبحث في هذه المسائل. و هناك محاولات متفرقة في تطوير الخلايا الشمسية الصبغية.     وجدنا أول ورقة علمية نشرت في الوطن العربي،  من الجامعة الأمريكية في بيروت في عام 2003. قامت بها باحثة لبنانية هي لارا حلاوي 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، و لكنها متباعدة فالثانية كانت في 2005 و الأخيرة في 2008 .     الدكتور طارق قدار يقود مجموعة بحثية أخرى في الجامعة الأمريكية في بيروت أيضا، تتناول الموضوع من جهة ثانية، حيث تركز جهودها حول الاكتروليت، هذه المجموعة نشرت أولى أوراقها البحثية في هذا الموضوع في عام 2008 ، و استمرت في نشر 6 أوراق بحثية بمعدل ورقتين سنوياً تقريبا، و هي أيضاً أوراق نالت اهتمام الكثير من الباحثين في العالم في هذا الموضوع.      مجموعة ثالثة 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 لغرض تطوير الخلايا الشمسية الصبغية. و هي مجموعة تعد نشيطة حيث أنها نشرت منذ 2009 الى الآن 6 أوراق بحثية نالت استحسان الكثير من المهتمين في العالم، هذه المجموعة تضم كلا من الدكاترة أحمد عمر، علي الحجري، الغامدي، الحربي، السياري و آخرين.     بقي ان نقول، أن مجموع الأوراق البحثية المنشورة من جامعات عربية في مجال تطوير الخلايا الشمسية الصبغية بلغ 29 ورقة ، و من أربع دول عربية، موزعة كالتالي: السعودية 12 ، لبنان 10 ، مصر 6 و الجزائر 1 ، حتى كتابة هذا المقال، و موزعة بالنسبة للفترة الزمنية كما يوضح الشكل:     من الشكل تتضح عدم الاستمرارية، و أن هناك محاولات من بعض الباحثين، سرعان ما تتوقف. و يدل ذلك على أنه غالبا ، عدم وجود مجموعات بحثية وطنية تقوم بهذه البحوث. و لتفاصيل أكثر، ستجد في المرفقات قوائم بهذه الأبحاث مرتبة حسب سنة النشر.
		د. موزه بنت محمد الربان   |أستاذ مشارك في الفيزياء الذرية   |المدير العام لمنظمة المجتمع العلمي العربي   |البريد الالكتروني: mmr@arsco.org http://www.arsco.org/detailed/fb45177b-3904-4176-92ec-cf5ef7bd070a