تطوير طلاء يحمي الخلايا الشمسية من العوامل البيئية على الأرض

تطوير طلاء يحمي الخلايا الشمسية من العوامل البيئية على الأرض

زاد الاردن الاخباري -

طور فريق بحثي مشترك من جامعتي "شمال تكساس" و"أوكلاهوما" الأمريكيتين والوكالة الأمريكية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) ومختبر الطاقة التابع لوزارة الدفاع الأمريكية، طلاء منخفض التكلفة من أكسيد السليكون يشكل طبقة واقية رقيقة جدا لحماية خلايا "بيروفسكيت" الشمسية من التأثيرات المضرة في الفضاء والعوامل البيئية على الأرض.

وتتعرض الأجهزة الفضائية عموما لتأثيرات تضر بها؛ منها البروتونات، وجسيمات ألفا، والأوكسجين الذري، وغير ذلك.

لكن مادة "بيروفسكيت" توفر خيارا منخفض التكلفة وخفيف الوزن للتعامل مع تلك التأثيرات، فضلا عن أدائها المماثل للتقنيات الكهروضوئية الموجودة حاليا في الفضاء.

و"بيروفسكيت" مادة تتمتع بهيكلية بلورية خاصة، وإمكانية "فولتضوئية" أثبتت جدواها في الخلايا الشمسية التجارية، فهي تحول بعض أجزاء الطيف الضوئي إلى كهرباء والعكس صحيح، وتنبع فعالية استخدامها من مساهمتها في زيادة إنتاج الطاقة في غالبية الخلايا الشمسية ومن تكاملها مع مادة السليكون.

ويجب أن تكون خلايا "بيروفسكيت" الشمسية متينة، فهي تتعامل مع تحديات كوكبنا المرتبطة بالطقس، وفي الفضاء تواجه مشكلات عديدة؛ مثل الإشعاعات وتقلبات درجات الحرارة المتطرفة.

وللتغلب على المشكلة، لجأ الباحثون إلى إجراء محاكاة، وعمدوا إلى طلاء خلايا "بيروفسكيت" الشمسية بطبقة رقيقة من أكسيد السليكون، أثبتت جدواها في حماية الخلايا والحفاظ على كفاءتها وإطالة عمرها.

وقال أحمد كرماني، مؤلف الدراسة، إن "طبقة طلاء أكسيد السليكون رقيقة جدا ولا تتجاوز الميكرون (أرق من الشعرة بحوالي 100 مرة) تقلل وزن حواجز الحماية التقليدية من الإشعاع بأكثر من 99%".

وأضاف: "استخدام طبقة السليكون يمثل خطوة أولى لتصميم غلاف خفيف الوزن ومنخفض التكلفة لخلايا (بيروفسكيت)"؛ وفقا لموقع ساينس ديلي.

وتمر البروتونات عالية الطاقة عبر الخلايا الشمسية دون التسبب بضرر كبير، لكن البروتونات منخفضة الطاقة الموجودة بكثرة في الفضاء تسبب ضررا كبيرا للخلايا.

وأشار الباحثون في دراستهم المنشورة في مجلة "نيتشر إينرجي" العلمية، إلى أن إضافة طلاء أكسيد السليكون يحمي خلايا "بيروفسكيت" من التلف، حتى من البروتونات منخفضة الطاقة.

وخلال المحاكاة، عرّض الباحثون خلايا "بيروفسكيت" الشمسية لبيئة رطبة ودرجة حرارة غير منضبطة لأيام عدة، لاختبار أداء تخزين الخلايا للطاقة في ظروف غير اعتيادية، واختبار مرونة الطلاء في الفضاء، إمكانية الاستفادة منه في تطبيقات عديدة مستقبلا.

وحافظت الخلايا المحمية بالطلاء على كفاءتها الأولية، في حين تعرضت الخلايا غير المحمية لتحلل شديد تراوحت نسبته بين 19.4% إلى 10.8%.

واختبر الباحثون تعرض الخلايا الشمسية للفوتونات فوق البنفسجية المشابهة لبيئة مدار الأرض، وتعرضت الخلايا غير المحمية للتلف خلال 8 دقائق، في حين احتفظت الخلايا المحمية بكفاءتها الأولية ولم تنخفض إلا بعد مرور 30 دقيقة.

---