خلايا البيروفسكايت الشمسية قد تولد الكهرباء النظيفة في الفضاء

تطور شركة ميريدا أيروسبيس (Merida Aerospace) الأميركية الناشئة العاملة في مجال الفضاء نوعاً من خلايا البيروفسكايت الشمسية المخصصة للتطبيقات الفضائية والتي تركز أساساً على تعزيز الأداء والجدوى الاقتصادية للأقمار الصناعية في مدار الأرض المنخفض وفق بيان نشره الموقع الإلكتروني للشركة.

خلايا البيروفسكايت الشمسية

وغالباً ما تعتمد الأقمار الصناعية في مدار الأرض المنخفض على الألواح الشمسية بوصفها مصدراً رئيساً للطاقة عبر التقاط أشعة الشمس خلال تعرض المدار للشمس لتشغيلها بطريقة مستدامة.

وتعزز خلايا البيروفسكايت الشمسية كفاءة الوزن عبر خفض الحاجة إلى عدد كبير من البطاريات ما يمكن التشغيل المستقل في أثناء الوصول المتقطع إلى ضوء الشمس في مدار الأرض المنخفض.

وتُعَد الألواح الشمسية المصنعة من “زرنيخيد الغاليوم” والبالغة كفاءتها 30 بالمئة تقريباً الخيار الأمثل للخلايا الشمسية المستعمَلة في مجال الطاقة الشمسية الفضائية.

ويتمتع زرنيخيد الغاليوم مركب كيميائي على شكل بلورات رمادية ويتكون من الغاليوم والزرنيخ بخصائص شبه موصلة فريدة ما يجعله مثالياً للتطبيقات الفضائية.

بديل واعد رغم التحديات

رغم أدائها المميز فإن خلايا البيرفسكايت الشمسية المصنعة من زرنيخيد الغاليوم تواجه عدداً من التحديات نتيجة تكاليف التصنيع المرتفعة والتي تُعزى أساساً إلى ندرة غاز الغاليوم إلى جانب عملية تصنيعه بالغة التعقيد.

وقد دفعت تلك القيود ذات الصلة بالتكلفة الباحثين والخبراء إلى استكشاف مواد وعمليات تصنيع بديلة لإنتاج خلايا شمسية عالية الكفاءة وأكثر جدوى من الناحية الاقتصادية.

ومن هنا تبرز خلايا البيروفسكايت الشمسية بديلاً واعداً يتيح مزايا فريدة مقارنة بمركب زرنيخيد الغاليوم كما تُعَد خلايا البيروفسكايت تلك فاعلة من حيث التكلفة عبر عمليات تصنيع بسيطة واقتصادية.

وعلاوة على ذلك تتمتع تلك الخلايا بقدرٍ كبير من المرونة والتنوع يجعل المادة ملائمة لتطبيقات متنوعة بدءاً من الوزن الخفيف إلى الألواح الشمسية القابلة للطي.

وتُنتِج شركة ميريدا أيروسبيس كل المكونات الأساسية لاستكشاف الفضاء بدءاً من محركات إطلاق الصواريخ إلى مكونات الأقمار الصناعية وأنظمة الاتصالات الأرضية لذا فهي تُعد بمثابة متجر شامل لكل ما يتعلق بالفضاء.

مزايا البيروفسكايت

وقال مهندس الأبحاث في ميريدا أيروسبيس الذي يتولى الإشراف على المشروع أندريا ماركيز إن خلايا البيروفسكايت الشمسية أظهرت مرونة ملحوظة في مواجهة الإشعاع عالي الطاقة في الظروف الفضائية.

وأوضح ماركيز إلى جانب ذلك يتأثر ترتيب بلورات البيروفسكايت بدرجات حرارة الفضاء ما يعزز قدراتها على امتصاص الضوء.

وقد تمثل خلايا البيروفسكايت الشمسية تقدُماً رائداً نظراً إلى كفاءتها المحتملة وخصائصها البصرية الفريدة كما أن الهيكل البلوري لتلك الخلايا يتيح امتصاص الضوء بصورة مثالية ما يمكنها من منافسة أو حتى التفوق على الخلايا الشمسية التقليدية المصنعة من السيليكون.

ويَسهُل معالجة خلايا البيروفسكايت عبر تقنيات فاعلة من حيث التكلفة ما يجعلها جذابة للألواح الشمسية خفيفة الوزن والمرنة والقابلة للتكيف.

وتمنح كل تلك العوامل تقنية البيروفسكايت القدرة على إشعال ثورة في مشهد الطاقة الشمسية.

ومؤخراً احتفلت مهندسة الأبحاث في وكالة ناسا الدكتورة ليندسي ماكميلون براون بنجاح العرض التوضيحي لرحلات الفضاء التي تختبر متانة خلايا البيروفسكايت وجدواها في محطة الفضاء الدولية.

وأظهر فيلم البيروفسكايت مرونة وخصائص غير متوقعة ما يفتح آفاقاً مثيرة لتلك الخلايا في استكشاف الفضاء وينهي معه المزاعم السابقة التي كثيراً ما شككت في جدوى تلك الجهود.

خلايا البيروفسكايت الشمسية تغير قواعد اللعبة

ويرى كثيرون أن ألواح البيروفسكايت هي المستقبل المحتمل للخلايا الشمسية قائلين إن تقنية البيروفسكايت ربما تغير قواعد اللعبة لكونها تجمع بين الكفاءة العالية والتنوع في التصنيع وفاعلية التكلفة.

كما أن الكفاءة المعززة التي تُظهرها تلك الخلايا وقدرتها على التكيف تضعها لاعباً منافساً في سباق مصادر الطاقة المتجددة الأكثر فاعلية وقد تصبح تقنية البيروفسكايت خياراً واعداً لتشغيل التطبيقات السكنية والتجارية والصناعية.

ومن الممكن أن يُسهم هذا التحول في إعادة تعريف مشهد صناعة الطاقة الشمسية نحو مستقبل تؤدي فيه خلايا البيروفسكايت الشمسية دوراً حاسماً في سد الطلب المتنامي على الكهرباء النظيفة حول العالم.

ويقترن استعمال تلك الخلايا بفوائد بيئية كثيرة عبر مساهمتها في خلق استراتيجية مستدامة وصديقة للبيئة إذ إن مكوناتها وفيرة وعملية تصنيعها أقل استهلاكاً للكهرباء بما يتسق مع التوجهات العالمية نحو تقنيات الطاقة النظيفة والمستدامة.

خلايا قادرة على التجدد تلقائياً

وكان أعلن باحثون من جامعة سيدني الأسترالية في تموز من عام 2023 توصلهم إلى نتائج بحثية مفادها أن خلايا البيروفسكايت الشمسية قادرة على تجديد نفسها عند تلفها في الفضاء.

وفي كانون الثاني من العام نفسه خلص باحثون في المختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأميركية إلى أن طبقة واقية رقيقة للغاية من أكسيد السيليكون يمكن أن تحمي خلية البيروفسكايت الشمسية مواد كهروضوئية وفيرة رخيصة الثمن في الفضاء.