عملية تصنيع جديدة صديقة للبيئة تعزز كفاءة وحدات الطاقة الشمسية من نوع بيروفسكايت إلى 18.2%

طريقة جديدة وصديقة للبيئة ومنخفضة السمية قد تساعد في إنتاج خلايا الطاقة الشمسية المرنة من نوع بيروفسكايت على نطاق صناعي، باستخدام تقنية الطباعة من لفافة إلى لفافة. وقد اقترحت جامعة ساري هذه الطريقة الآمنة لإنتاج وحدات الطاقة الشمسية عالية الكفاءة. تستخدم الطريقة مذيبات منخفضة السمية ومشتقة بيولوجيًا، وتعمل في درجات حرارة الغرفة، مما يقلل من استخدام المواد الكيميائية الصناعية الضارة. تستخدم هذه العملية تقنية الطباعة المستمرة المشابهة لطباعة الصحف، مما قد يجعل الإنتاج على نطاق واسع صديقًا للبيئة وذو تكلفة فعالة. أشار البروفيسور لافي سيلفا، الأستاذ البارز ومدير معهد التقنيات المتقدمة (ATI) ورئيس مركز النانوإلكترونيات في جامعة ساري، إلى أن "الأثر المحتمل لتقنيتنا الابتكارية لا يقتصر فقط على استبدال المذيبات الضارة."

عملية تعتمد على مذيبات غير سامة وسهلة الاستخدام وخطوات طلاء أبسط، مما يقلل من الحاجة إلى معالجة المذيبات، والتخلص من النفايات، والبنية التحتية المتعلقة بالسلامة.

الطريقة الجديدة تقلل من المواد الكيميائية الضارة

لطالما اعتبرت خلايا الطاقة الشمسية المرنة من نوع بيروفسكايت قادرة على استبدال الألواح السيليكونية. ومع ذلك، فإن عمليات الإنتاج الضارة قد أعاقت إمكانياتها التجارية. عادةً ما يتطلب تصنيع أحبار بيروفسكايت القابلة للطباعة كميات كبيرة من المذيبات السامة، بما في ذلك ثنائي ميثيل الفورماميد والأسيتون. تشكل هذه المواد الكيميائية خطرًا على سلامة العمال في المصانع وتسبب عبئًا بيئيًا كبيرًا. ومن المدهش أن خط إنتاج واحد بقدرة جيجاوات يمكن أن يستهلك أكثر من 90,000 لتر من المذيبات السامة. الآن، يتم كسر هذه الحواجز الكيميائية تدريجياً. قام الباحثون بالتخلي عن المواد الكيميائية الضارة التقليدية، وطوروا نظام أحبار "يقلل بشكل كبير من السمية" (SRT) يعتمد على مكونات مشتقة بيولوجيًا.

استخدم الفريق مزيجًا من الإيثانول و2-ميثيل تتراهيدروفوران، مما أدى إلى إنشاء تركيبة سريعة الجفاف، وهي مذيبات صديقة للبيئة مشتقة من نفايات الزراعة والغابات. هذا المزيج المشتق بيولوجيًا ألغى الحاجة إلى خطوات معالجة المذيبات، مما يوفر الطاقة ويحمي المواد الخام خلال عملية التصنيع.

الكفاءة العالية والبيئة في آن واحد

لا تعني الإنتاج الأخضر التضحية بالأداء. استخدم الفريق طريقة طلاء شريطية متوافقة مع تقنية الطباعة من لفافة إلى لفافة، لطباعة وحدات الطاقة الشمسية الصغيرة بمساحة نشطة تبلغ 11.5 سنتيمتر مربع. هذه الألواح المرنة، التي تم طلاءها في درجة حرارة الغرفة وجففت باستخدام تدفق غاز سريع، حققت كفاءة تحويل طاقة تزيد عن 18.2%، مع الحفاظ على الاستقرار تحت الإضاءة المستمرة. تعتمد هذه الوحدات الصغيرة على هيكل مقلوب، حيث يعمل الطلاء الشريطي كطبقة نقل ثقوب، مما يقلل من الحاجة إلى طبقات وسيطة إضافية. وفقًا للدراسة، استخدم الفريق عملية نقش بالليزر من P1 إلى P4 لربط وحدات الخلايا الشمسية الفردية، لتسهيل نمذجة الوحدات الصناعية.

إمكانات التكامل الصناعي المستقبلية

تشير الورقة العلمية إلى أن التطوير اختبر استخدام مذيبات صديقة للبيئة باستخدام طريقة الطلاء الشريطي بالغاز، ولكن الفريق تأكد أيضًا من توافقها مع آلات الطلاء القياسية المستخدمة في المصانع. لذلك، يمكن دمج هذه العملية في خطوط إنتاج Qualcomm في المستقبل، مما يضمن جاهزية تقنيات التصنيع الصديقة للبيئة للنشر على نطاق واسع في الصناعة.

أضاف سيلفا: "نأمل في المساعدة في تعزيز الطاقة النظيفة عالميًا، وإذا تمكنا من دعم إزالة الكربون على نطاق واسع في نفس العملية، فسيكون ذلك انتصارًا مزدوجًا للمجتمع." دمج الكيمياء الخضراء في تقنيات الطباعة عالية السرعة يجعل الإنتاج الضخم لخلايا الطاقة الشمسية المرنة واقعًا. قد توفر خلايا الطاقة الشمسية المرنة من نوع بيروفسكايت قريبًا الطاقة للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية المحمولة، والنوافذ المتكاملة في المباني، ومصفوفات الطاقة الشمسية فائقة الخفة. وقد تم نشر نتائج هذه الدراسة في مجلة Nano Energy.

أثر التكنولوجيا الصديقة للبيئة على صناعة الطاقة الشمسية

لا تعزز هذه العملية الجديدة الصديقة للبيئة كفاءة خلايا الطاقة الشمسية من نوع بيروفسكايت فحسب، بل تقلل أيضًا بشكل كبير من استخدام المواد الكيميائية الضارة خلال عملية الإنتاج، وهو أمر بالغ الأهمية لحماية البيئة. مع تحول التنمية المستدامة إلى محور اهتمام عالمي، سيساهم تعزيز هذه التقنية في دفع تطبيق الطاقة النظيفة، وتعزيز تحول الصناعات ذات الصلة. إذا تم دمجها بنجاح في خطوط الإنتاج الحالية، فإنها ستسمح بتطبيق التكنولوجيا الصديقة للبيئة على نطاق صناعي، مما يعزز المزيد من تطوير الطاقة المتجددة.