في مختبر جامعي بتايوان، يعمل فريق بحثي على مشروع قد يغير جذريا علاقة البشر بالطاقة الشمسية. فبدلا من الحاجة إلى أشعة الشمس المباشرة أو الألواح العملاقة المثبتة على الأسطح، تمكن باحثون من تطوير خلايا شمسية قادرة على إنتاج الكهرباء من مجرد ضوء مصباح في غرفة مغلقة، وفقا لدراسة جديدة نشرت يوم 24 يونيو/حزيران في مجلة “إيه بي إل إينرجي”.
هذه الخلايا، المصنوعة من مادة تعرف باسم البيروفسكايت، تمثل جيلا جديدا من التكنولوجيا التي قد تجعل الشحن اللاسلكي الداخلي للأجهزة الإلكترونية أمرا شائعا خلال السنوات المقبلة.
ويقول “فانغ-تشونغ تشين”، قائد فريق البحث في جامعة يانغ مينغ شياو تونغ الوطنية، في تصريحات للجزيرة نت: “نحن لا نبحث فقط عن مصدر طاقة بديل، بل عن طاقة مناسبة لعصر مختلف كليا من الأجهزة المحمولة والتقنيات الذكية”.
وداعا لسطوع الشمس
خلافا للخلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون، التي تحتاج إلى أشعة الشمس القوية للعمل بكفاءة، فإن خلايا البيروفسكايت الجديدة مصممة خصيصا لتحويل الضوء الضعيف، مثل المصابيح الفلورية أو إضاءة المكاتب، إلى طاقة كهربائية.
وتكمن المفارقة في أن كفاءتها تزداد كلما انخفضت شدة الإضاءة، ففي تجارب أجراها الفريق، وصلت كفاءة تحويل الضوء إلى كهرباء إلى نحو 38.7% تحت إضاءة داخلية عادية، وهو رقم يتجاوز بكثير قدرة الألواح التقليدية في الظروف نفسها. أما تحت أشعة الشمس المباشرة فكانت الكفاءة أقل نسبيا، بحدود 12.7%.
لكن ما يجعل هذه التقنية مميزة ليس فقط قدرتها على توليد الكهرباء من الضوء الخافت، بل أيضا خصائصها الفيزيائية؛ فهي خفيفة الوزن، قابلة للانثناء، ويمكن أن تكون شفافة، يعني هذا أنه يمكن دمجها في النوافذ، أو الأجهزة المحمولة، أو حتى في أقمشة الملابس الذكية.
خطوة نحو المنازل والمكاتب الذاتية التشغيل
يرى “تشين” أن هذا التطور يمثل فرصة هائلة لتحويل البيئات الداخلية، مثل المكاتب والمنازل، إلى مصادر طاقة نشطة. فبدلا من استخدام البطاريات أو التوصيلات الكهربائية التقليدية، يمكن تشغيل عدد من الأجهزة الصغيرة، مثل أجهزة التحكم عن بعد والمستشعرات الذكية أو حتى ساعات اليد، باستخدام الضوء الموجود بالفعل في المكان.
ويقول في تصريحاته للجزيرة نت: “نعمل على تكنولوجيا تستغل بيئة الإضاءة المحيطة بنا. كل تلك المصابيح في المكاتب والمنازل التي تضيء لساعات طويلة، لماذا لا نحولها إلى مصدر للطاقة بدل أن تكون مجرد مستهلك لها؟”.
لكن تطوير هذا النوع من الخلايا تطلب تحديا علميا دقيقا، يتمثل في ضبط “فجوة الحزمة” وهي خاصية تتحكم في مدى قدرة المادة على امتصاص أطوال معينة من الضوء وتحويلها إلى طاقة. وقد تمكن الباحثون من تعديل تركيبة المواد الكيميائية داخل الخلية لتحقيق أعلى كفاءة ممكنة من الضوء الصناعي، وهو أمر لا يمكن فعله بسهولة مع الخلايا السيليكونية.
حل لتحديات الاستقرار والموثوقية
رغم هذا التقدم، تواجه خلايا البيروفسكايت عادة مشكلة في الاستقرار، حيث تكون أقل قدرة على الصمود أمام عوامل التآكل والرطوبة مقارنة بنظيراتها المصنوعة من السيليكون. لكن الفريق التايواني طور آلية جديدة لمعالجة هذا العيب، عبر ما يعرف بـ”التمرير السلبي”، وهي تقنية تحسّن من تماسك الطبقة الفعالة وتزيد من عمر الخلية.
ويعلق “تشين” على ذلك: “كنا نأمل فقط تحسين الكفاءة، لكننا فوجئنا بأن طريقتنا منحت الخلايا متانة إضافية، وهو أمر قد يفتح الباب أمام استخدامها على نطاق تجاري أوسع”. ويؤكد الباحث أن التقنية جاهزة للتطبيق، والتحدي الآن هو كيفية تصنيعها بتكلفة منخفضة وجودة عالية.