تستمر خلايا السيليكون الضوئية في السيطرة على سوق الطاقة الشمسية. ومع ذلك، هناك تقنيات بديلة تسعى إلى كسر هذا الاحتكار. وتستخدم بعض هذه التقنيات مواد عضوية، مثل أحد المكونات الموجودة في التوفو أو أملاح الاستحمام، وتحاول أن تحل محل السيليكون لعدة سنوات. دراسة نشرت مؤخرا في المجلة الطاقة الطبيعة يقترح حلاً جديدًا لإحدى المشاكل الرئيسية المتعلقة بالطاقة الشمسية: الكفاءة. تكمن المشكلة في الهدر الكبير للضوء الطبيعي في الأنظمة الحالية.
وفي هذا السياق، قدم الفريق بقيادة كونتا يوشيكاوا أول خلية شمسية مصنوعة من السيليكون تتجاوز كفاءتها 26% في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وهو ما يمثل تحسنا عن الرقم القياسي السابق البالغ 25,6%. يعد هذا التقدم مهمًا بشكل كبير، نظرًا لأن التكنولوجيا الحالية تتطور وتتحسن باستمرار من حيث التحويل الضوئي.
ولتحقيق هذا الإنجاز، قام يوشيكاوا وفريقه بتصميم هيكل متغاير، هيكل يتكون من طبقتين: واحدة من السيليكون أحادي البلورة والأخرى من السيليكون غير المتبلور في الأعلى. يسمح هذا التصميم الذكي بالتقاط المزيد من ضوء الشمس وتحويله إلى طاقة كهربائية بكفاءة أكبر.
خصائص هذه الخلية الجديدة مثل العمر، مقاومة السلسلة ويجب تحسين الخصائص البصرية في وقت واحد لتقليل هدر الضوء بشكل أكبر. وتشير التقديرات إلى أنه مع المزيد من الأبحاث، يمكن أن تصل كفاءة استخدام الطاقة إلى 29% في السنوات المقبلة، وهو ما يمثل قفزة نوعية أخرى في تطور الخلايا الشمسية.
التطورات التكنولوجية الحديثة: خلايا البيروفسكايت
كما سلطت أحدث الأبحاث في مجال الطاقة الكهروضوئية الضوء على استخدام بيروفسكايت. وقد أحدثت هذه المادة الاصطناعية ثورة في كفاءة الخلايا الشمسية بفضل قدرتها على زيادة امتصاص ضوء الشمس. يمكن أن تتجاوز كفاءة مزيج الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون والبيروفسكايت 30٪.
تعتبر هذه التطورات ذات أهمية خاصة إذا أخذنا في الاعتبار أن الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون التقليدية تتمتع بحد كفاءة نظري يبلغ 33,7%، والمعروف باسم حد شوكلي-كوايسر. ويمكن أن يصل استخدام البيروفسكايت، مع السيليكون، إلى كفاءة تصل إلى 43% في المستقبل، وفقًا للخبراء.
تصميمات وتطبيقات جديدة
كما حقق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) تقدمًا مهمًا في هذا المجال. وفي عام 2016، كشف عن إنشاء لوحة شمسية عمودية تولد ما يصل إلى 20 مرة طاقة أكثر من الألواح التقليدية. يتيح تصميمها المبتكر التقاط الطاقة طوال اليوم من خلال متابعة حركة الشمس.
ولا تعمل هذه التصميمات الجديدة على تحسين كفاءة الخلايا الشمسية فحسب، بل تخلق أيضًا فرصًا جديدة لدمج الخلايا الشمسية في المباني والسيارات وحتى الأجهزة المحمولة. تخيل عالمًا حيث يتم شحن هاتفك المحمول أو سيارتك الكهربائية مباشرة بالطاقة الشمسية من هيكلها أو سقفها، وهو الاحتمال الذي أصبح أكثر واقعية مع أحدث التطورات في الخلايا الشمسية الفائقة المدمجة والمرنة.
التحديات السياسية في إسبانيا
وفيما يتعلق بالسياق السياسي، فإنه لا يزال يشكل عائقا كبيرا أمام الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية في بعض البلدان مثل إسبانيا. وفي عام 2015، وافقت الحكومة الإسبانية على ضريبة الشمسوهو إجراء يفرض ضرائب على الاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية. كما أن العوائق الإدارية واشتراطات تركيب الألواح الشمسية تعيق تطوير مصدر الطاقة المتجددة هذا في البلاد.
La المفوضية الأوروبية وقد تدخلت مؤخرا لطلب توضيحات حول هذا الموضوع. وفي رسالة بعثت بها إلى وزارة الطاقة، أعربت بروكسل عن عدم موافقتها على سياسات الاستهلاك الذاتي المقيدة واقترحت تبسيط الإجراءات لتشجيع اعتماد الطاقة المتجددة. إن إزالة الحواجز القانونية أمر ضروري حتى تتمكن الطاقة الشمسية من التنافس على قدم المساواة مع مصادر الطاقة التقليدية.
ومع كل هذا التقدم التكنولوجي والاهتمام المتزايد بالطاقة الشمسية، فإن كفاءة الخلايا الكهروضوئية سوف تستمر في التحسن. يبدو مستقبل الطاقة الشمسية مشرقًا، ويهتم المزيد والمزيد من الأشخاص والمؤسسات بتطويرها.