جيل جديد من الخلايا الشمسية رخيص التكلفة و ذو كفاءة عالية

		تمكن العلماء من صناعة خلايا ضوئية فعالة جداً من مواد شبه موصلة من perovskite  لا تتطلب طبقةa hole-conducting layer ، المطلوبة في خلايا أشباه الموصلات الأخرى مثل السيليكون. و قد حققت الخلايا الكهروضوئية الجديدة كفاءة عالية نسبياً و استقراراً، و من المتوقع أن يخفّض هذا الابتكار من كلفة الخلايا الشمسية بشكل كبير، كما يمكنها انتاج ليزر بشدة عالية.      من المعلوم أن امتصاص الذرة لكمية من الطاقة تساوي الفرق بين مستويين كميين للطاقة فيها، يرفع الالكترون الى مستوى أعلى و الشرط هو في أن الطاقة الكمية الساقطة تساوي الفرق بين المستويين، يبقى الالكترون في المستوى الأعلى فترة قصيرة يعود بعدها إلى وضعه الأصلي في المستوى الأرضي، و تنبعث الطاقة مرة أخرى على شكل ضوء، و هي عملية الانبعاث، و التركيب الذري أو الجزيئي للمادة هو المسؤول عن فروق الطاقة بين المستويات و كذلك عن زمن بقاء الذرة في الحالة المستثارة قبل أن يعود الالكترون الى مستواه الأرضي، و عن احتمالات الامتصاص و الانبعاث في تلك الذرة. من هنا تختلف المواد عن بعضها في خصائصها الفيزيائية و الكهربية و الضوئية. هذه الخصائص هي ما يجب دراسته للحصول على المواد المناسبة للتطبيقات المختلفة. و تتميز بعض المواد نتيجة تركيبها الذري بقدرتها على بعث و تحرير الكتروناتها نتيجة سقوط طاقة ضوء معينة عليها، و يمكن سحب تلك الإلكترونات و تمرير تيار كهربي نتيجة لذلك، و هي ما تعرف بالخاصية الكهروضوئية . و التي تطبق في الخلايا الشمسية و الثنائيات و غيرها.     إن دراسة الخصائص الفيزيائية الضوئية لهاليدات الرصاص البروفسكيت العضوية المعدنية organic–metallic lead halide perovskites، و التي أظهرت أداء كهروضوئي ممتاز في الأجهزة الضوئية، تساعد على فهم عملية انتاج الشحنات بواسطة الضوء و آلية فك و إعادة الاتحاد بين الإلكترون و الفجوة في هذه المواد و إمكانية استخدامها في التطبيقات الضوئية المختلفة. و قد أظهرت تلك الأغشية البلورية المصنّعة كفاءة كمية عالية في لمعانها الضوئيPhotoluminescence. و قد تبين أن خصائصها مناسبة بشكل مثالي لعمل الصمام الثنائي. و للضخ الضوئي لليزر. و هناك دراسات على استبدال المعدن في هذا المركب و هو الرصاص بمعادن أخرى مثل القصدير، و قد أظهرت أيضاً نتائج واعدة.  بالإضافة إلى تطبيقات ليزر أشباه الموصلات، فإن هذه الخصائص الكهروضوئية لهذه المركبات تمثل جيلاً جديداً من الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية و التكلفة المنخفضة.  الخلايا الشمسية المعروفة تجارياً و التي نراها على أسطح المنازل و غيرها و المعتمدة غالباً على السيلكون، تحول طاقة ضوء الشمس الساقط عليها إلى طاقة كهربائية بكفاءة تصل إلى 20%. و قد تطلّب وصولها إلى هذا القدر من الكفاءة ما يقارب العشرين سنة من البحث و التطوير.  أما النوع الجديد من الخلايا الشمسية المعتمدة على البروفسكيت، فهي مصدر إثارة و اهتمام في الأوساط البحثية العالمية نتيجة كفاءتها العالية و التي وصلت إليها في أقل من سنتين من البحث و التطوير، مما يجعلها مجال لإنتاج جيل جديد من الخلايا الشمسية رخيصة الكلفة و عالية الكفاءة. و قد أثبت الباحثون أن هذه الخلايا متفوقة في امتصاص الضوء و انبعاثه، و أن هذه الخلايا العجيبة يمكنها انتاج الليزر الرخيص أيضاً. فعند وضع شريحة من lead halide perovskite   بين مرآتين، ينتج ليزر يعمل بالضخ الضوئي و له لمعان تصل كفاءة إعادة الانبعاث للضوء الممتص إلى 70%.     فضلاً عن ذلك، فإن تحضير هذه المادة، الرخيصة و الموجودة في الطبيعة، لا يتطلب الكثير من الجهد مما يجعلها سهلة و رخيصة رغم خصائصها المتميزة جداً.      ___________________     هنا قائمة لبعض الدراسات التي أجريت على هذه المادة و تطبيقاتها الكهروضوئية لمن أراد الاستزادة من الموضوع.              • Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells    • Organohalide lead perovskites for photovoltaic applications    • Environmentally responsible fabrication of efficient perovskite solar cells from recycled car batteries.    • Band filling with free charge carriers in organometal halide perovskites.    • Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite    • A hole-conductor–free, fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability    • Lead-free solid-state organic–inorganic halide perovskite solar cells   • High Photoluminescence Efficiency and Optically Pumped Lasing in Solution-Processed Mixed Halide Perovskite Semiconductors   • Low-temperature solution-processed wavelength-tunable perovskites for lasing   • Crossover from incoherent to coherent phonon scattering in epitaxial oxide superlattices.
		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/68599301-f4bf-4ff7-8660-90c6acd63edb