ساد اعتقاد بأن الخلايا الكهروضوئية العضوية لا تصمد طويلا مقارنة بالخلايا التقليدية المصنوعة من السيليكون، لكن ذلك تغير بعد أن إستطاع فريق من الباحثين إطالة عمر الخلايا الكهروضوئية العضوية.

إن الخلايا الشمسية العضوية التي تتسم بالشفافية والمرونة والرقة تبدو مثالية لتسخير الطاقة الشمسية من جميع الأسطح تقريبا، بما فيها النوافذ والمركبات والهواتف الذكية. لكن الاعتقاد بأنها غير مستقرة بما يكفي لتصمد في العالم الحقيقي كان ملازما لها. لقد أثبت الباحثون في الولايات المتحدة الآن أنه من الممكن إنشاء خلايا شمسية عضوية تعمل جيدا لمدة 27000 عامًا في الهواء الطلق، مما يبطل فكرة أن الأجهزة طويلة العمر مستحيلة.

كانت مدة الصلاحية  للخلايا الكهروضوئية العضوية[OPV   ]  إحدى أكبر عقبات التطبيقات العملية، فحتى أكثرها ثباتا لا تستمر لأكثر من سبع سنوات، بسبب تأثير الضوء والحرارة عليها، مما دفع الكثير للاعتقاد بأن الخلايا الشمسية المصنوعة من مواد عضوية ضعيفة الترابط لا يمكن صناعتها بمدة صلاحية تنافس عمر أجهزة السليكون التقليدية. 

لكن مجموعة ستيفن فورست في جامعة ميشيغان أدحضت هذه الفكرة من خلال إظهار خلايا كهروضوئية عضوية أحادية الوصلات مكونة من الفولرين (C70) والتي تستطيع الصمود أمام وهج الشمس لمدة تفوق أي جهاز تجاري؛ حوالي ٢٧ ألف سنة. استنبط الفريق هذا الرقم بواسطة تعتيق الخلايا صناعيا مستخدمين الحرارة والضوء الشديد.

قال فورست: “لقد أظهرنا أن جعل الخلايا الشمسية العضوية مستقرة ليس أمرا صعبا بالتحديد، يعتمد ذلك على  اختيار المواد وعمليات التصنيع وبنية الجهاز” واستأنف قائلا: “أصبح جليّا أن العمر الجوهري للخلايا الكهروضوئية يمكن أن يكون كافيا للوصول إلى مدة الصلاحية العملية التي تحققها الخلايا التقليدية غير العضوية”

صنع الباحثون خلايا شمسية رقائقية في سلسلة من الطبقات، كشطيرة نانوية  متعددة الطبقات، مستخدمين عملية ترسيب الأبخرة للتحكم بدقة بسمك ونقاء كل طبقة. كانت كفاءة الأجهزة التجريبية تبلغ ٦-٧% مقارنة مع خلايا السليكون الشمسية التجارية التي تبلغ كفاءتها حوالي ٢٠%. كشفت التجارب الأولية التي تحاكي ضوء ودرجة حرارة الشمس باستخدام مصباح الزينون القوسي أن الخلايا تفسد ببطء شديد لا يمكن أن يقاس على مدار عام واحد. لذا قام الفريق بابتكار نظام من المصابيح البيضاء التي يمكنها أن تسرع في إفساد مجموعة جديدة من الخلايا الشمسية العضوية بشكل اصطناعي عن طريق تعريض الخلايا لشدة ضوئية تعادل إضاءة 37 شمسًا

بعد تعريضها للمؤثرات لمدة تزيد عن ٦٨ يوما، حافظت الخلايا على أكثر من ٨٧% من كفاءتها الابتدائية. تمكن الفريق بهذه النتائج من استنباط أن الخلايا في الهواء الطلق ستستغرق ٢٧ ألف سنة  لتفقد ٢٠% من كفاءتها الأصلية، حيث لا فائدة للجهاز بعد ذلك بنظر الفريق. ويزيد على ذلك أنه لم يلاحظ أي فقدان للكفاءة في الخلايا التي عُرّضت لما يعادل ٩ سنوات من الأشعة فوق البنفسجية.

وضح فورست: “العمر المقدر كان طويلا جدا، لا سيما مقارنة مع التقارير السابقة لأعمار الجهاز. مع ذلك فالاعتقاد بأن العمر القصير خاصية تلازم جميع الأجهزة العضوية هو محض خرافة، كما أثبتت مصابيح LED العضوية ، وعلى الرغم من أن العمر الجوهري الطويل مدعاة للدهشة، إلا أنه ضمن القيم المتوقعة المعقولة لأفضل الأجهزة العضوية التي تم التبليغ عنها في مجالات التطبيق الأخرى”

يقول باول داستور: “المثير في هذا البحث هو أنه يدحض الاعتقاد السائد بأن المواد العضوية غير مستقرة وأن وجود خلايا شمسية عضوية تعيش طويلاً مستحيل الحدوث. في الواقع، يبين بحثنا أن التعبئة والتغليف هما العاملان المهمان جدا في الحصول على عمر افتراضي طويل للجهاز وليس استقرار المواد العضوية”. داستور هو مطور للخلايا الشمسية العضوية، بما في ذلك الطلاء الشمسي، في جامعة نيوكاسل في أستراليا.

المصدر:https://www.chemistryworld.com

المترجم: ولاء الجشي

مراجعة وتدقيق لغوي: حنان الرحبي