طوّر علماء من جامعة تيومين الحكومية الروسية طريقة مبتكرة لإنتاج أغشية رقيقة مخصصة لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، ما يمهّد الطريق لتطوير خلايا شمسية قد تتفوق في كفاءتها على الألواح التقليدية المصنوعة من السيليكون.
وأفاد المكتب الإعلامي للجامعة بأن التقنية المبتكرة تعتمد على إنتاج وترسيب مركب معقد يجمع بين الكبريت والنحاس والإنديوم والكادميوم، مع الحفاظ على تركيبه وخصائصه الفيزيائية والكيميائية بالكامل خلال عملية التصنيع.
وفي هذا السياق، أوضح مكسيم جريجورييف، الأستاذ المشارك بكلية العلوم الطبيعية في الجامعة وأحد المشاركين في هذا الابتكار، آلية عمل الخلية، قائلًا: "تعتمد الخلية الشمسية على طبقتين متداخلتين، إحداهما غنية بالإلكترونات والأخرى تحتوي على فراغات تتيح حركتها، وعند سقوط الضوء، تنطلق الإلكترونات لتوليد التيار الكهربائي، بينما يعمل الفراغ بين الطبقتين كحاجز يضمن حركة منتظمة".
وتأتي هذه الأبحاث في وقت تقترب فيه تقنيات السيليكون، التي تهيمن على نحو 95% من سوق الألواح الشمسية عالميًا، من حدها الفيزيائي الأقصى للكفاءة، والبالغ نحو 29% إلى 30%، في حين تحقق الألواح التجارية حاليًا كفاءة تتراوح بين 19% و22% فقط.
وأشار جريجورييف إلى أن المحاولات السابقة لاستخدام أغشية "تيلوريد الكادميوم" كانت تواجه مخاطر بيئية عند التخلص منها بصورة غير سليمة، إذ قد يتسبب ذلك في تسرب مادة الكادميوم إلى التربة والمياه الجوفية. وفي المقابل، توفر الطريقة الجديدة المعتمدة على مركب الكبريتيد بديلًا أكثر أمانًا وأسهل في الإنتاج، حيث أظهرت الفحوصات أن عتبة الطاقة للمادة المصنعة تختلف بنسبة تقل عن 1% عن القيمة المرجعية.
وتابع: "نجحنا في استخدام البلازما لترسيب مادة مكوّنة من 4 عناصر مختلفة، تجمعت مجددًا لتشكّل المادة الأصلية دون أي فقد. الأمر يشبه تفكيك لوحة فسيفساء ورش قطعها داخل غرفة مفرغة لتتجمع من تلقاء نفسها وتشكّل الصورة ذاتها، وهو ما نجحنا في تحقيقه".