هناك تقدم يغير ليس فقط مظهر التكنولوجيا، ولكن حساباتها الهادئة. لا تزال خلية الطاقة الشمسية تبدو، للوهلة الأولى، مثل الهندسة الداكنة المألوفة للأسطح الحديثة ومزارع الطاقة الشمسية. ومع ذلك، داخل تلك الطبقة الرقيقة من السيليكون يكمن سعي قديم يستمر في التقدم: كم من ضوء الشمس الساقط يمكن إقناعه بالبقاء كطاقة كهربائية مفيدة. في جامعة أستراليا الوطنية، دفع علماء الفيزياء الآن تلك التحويلات أقرب إلى حدودها الفيزيائية، محققين كفاءة قياسية في خلايا الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون تعيد تشكيل ما قد تكون قادرة عليه المواد الضوئية الناضجة.
ينتمي هذا الإنجاز إلى الحرفة الصبورة في تقليل الفقد. لقد كان السيليكون لفترة طويلة هو الحصان العامل في الطاقة الشمسية العالمية - وفير، قابل للتصنيع، ومتين بشكل ملحوظ - ولكن كل نقطة مئوية يتم الحصول عليها على هذا المستوى تتطلب التغلب على عدم الكفاءة الأصغر في نقل الشحنات، وإعادة التركيب السطحي، والانعكاس الضوئي، والمسارات المقاومة. يعتمد عمل فريق ANU على استراتيجيات TOPCon المتقدمة والتعقيم، مما ينقي كيفية حركة الإلكترونات عبر الخلية مع منع التسريبات الهادئة التي عادة ما تحول ضوء الشمس إلى حرارة مهدرة. في هذا المجال، يتم قياس التقدم في كسور، ولكن الكسور على نطاق صناعي تصبح محطات طاقة كاملة. لقد ربط العمل المدعوم من ARENA بجامعة ANU بالفعل مسارات نحو خلايا السيليكون القابلة للإنتاج الكمي بنسبة 26% أو أكثر، مما يضع النتيجة الأخيرة ضمن دفع وطني أوسع من دقة المختبر إلى صلة التصنيع.
ما يجعل هذا الإنجاز مؤثرًا بشكل خاص هو عمر المادة نفسها. تعتبر تقنية الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون واحدة من أكثر علوم الهندسة الحديثة نضجًا، ومع ذلك تستمر في إنتاج هوامش خفية. كل تحسين في تعقيم الرقائق، وهندسة الاتصال، ونسيج حبس الضوء يشير إلى أن حتى التقنيات التي تم تأسيسها منذ فترة طويلة تحتفظ بفصول غير مكتوبة. يمتد نسب ANU في هذا المجال عميقًا: من الاختراقات التاريخية لخلايا PERC التي أعادت تشكيل تصنيع الطاقة الضوئية العالمية إلى هياكل الجيل التالي من النوع n والواجهتين اليوم، تظل كانبيرا مكانًا يتم فيه ترجمة ضوء الشمس مرارًا إلى لغة هندسية جديدة.
هناك شيء مناسب بهدوء في جغرافيا الاكتشاف. غالبًا ما يكون ضوء كانبيرا حادًا وغير مفلتر، والهواء الداخلي واضح بما يكفي لجعل سطوع الصباح يبدو تقريبًا هيكليًا. في هذا الإعداد، يبدو عمل علماء الفيزياء الشمسية أقل تجريدًا من كونه عنصراً أساسياً - تفاوض مستمر بين الشبكة البلورية والغلاف الجوي، بين الفوتونات التي تعبر الفضاء والإلكترونات التي تجد طريقها عبر السيليكون المصمم. السجل ليس مجرد علامة فارقة في المختبر؛ بل يشير إلى أن واحدة من أكثر تقنيات الطاقة النظيفة انتشارًا في العالم قد تصبح أفضل بشكل ملحوظ دون التخلي عن أسسها الصناعية.
تتمثل العواقب الأكبر في النطاق والتكلفة. تقلل خلايا السيليكون عالية الكفاءة من الأرض، ومساحة الألواح، والأجهزة اللازمة لتحقيق نفس الإنتاج الكهربائي. بالنسبة للطاقة الشمسية على نطاق المرافق، وتركيبات الأسطح، وأنظمة التخزين المتكاملة، فإن مثل هذه المكاسب تتردد في الخارج إلى تكاليف أقل وكثافة نشر أكبر. ما يتغير في المختبر كنسبة مئوية من نقطة يمكن أن يغير أنظمة الطاقة الوطنية كجيغاوات.
قال باحثو ANU إن أداء خلايا السيليكون التي حققت الرقم القياسي ستغذي الآن مسارات تجارية تعاونية تركز على الإنتاج الضخم عالي الكفاءة. تعزز النتيجة دور أستراليا في الابتكار العالمي في الطاقة الضوئية وقد تسرع استراتيجيات تصنيع الطاقة الشمسية من الجيل التالي التي تهدف إلى تجاوز العتبة التجارية البالغة 26%.
إخلاء مسؤولية الصورة الذكية تم إنشاء الرسوم التوضيحية باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي كممثلين مفاهيميين للبحث الضوئي وليست صورًا فعلية من المختبر.
تحقق من المصدر (تغطية موثوقة متاحة): جامعة أستراليا الوطنية، ARENA، مجلة pv أستراليا، Nature Energy، المركز الأسترالي للطاقة الضوئية المتقدمة.