محفظة ثورة الطاقة: كفاءة المعمل للخلايا الشمسية المركبة من بيروفسكايتد والسيليكون تتجاوز 35%

برلين/بكين - قدّمت صناعة الطاقة الشمسية العالمية اختراقًا تاريخيًا! أعلن الفريق البحثي الصيني-الألماني اليوم أن كفاءة تحويل الخلايا الشمسية المركبة من البيروفسكايتد والسيليكون في الظروف المخبرية وصلت إلى 35%, أعلى بنسبة 2.5 نقطة مئوية من الرقم القياسي العالمي لعام 2023، متقاربة مع الحد النظري البالغ 43% لهذه التقنية. وقد أعتبرت مجلة Nature Energy هذا الإنجاز "نقطة تحول لصناعة الطاقة الشمسية من التحسين إلى الثورة."

اختراق تقني: فلسفة "استخراج الطبقات" لأشعة الشمس

لا يمكن للخلايا السيليكونية التقليدية التقاط سوى جزء من الطيف الشمسي بسبب خصائص المادة، وقد حلّت تقنية "سكين الطيف" التي ابتكرها الفريق الصيني-الألماني هذه المشكلة:

بيروفسكايتد العلوي: المادة المختلطة الجديدة من الرصاص والقصدير بيروفسكايت (CsPb₀.₅Sn₀.₅I₃) متخصصة في الضوء المرئي، وتمتد حدود الامتصاص إلى 950 نانومتر.

خلية السيليكون السفلية: تلتقط خلية السيليكون ذات الاتصال الهجينة (HJT) المعدلة بدقة الضوء تحت الأحمر بين 1100-1300 نانومتر، وتقوم بتحويل الحرارة الناتجة إلى كهرباء.

فخ الضوء على مستوى النانو: تقلل بنية نسيج عين الخنفساء الحيوية من انعكاس الضوء إلى أقل من 1٪، وزيادة معدل امتصاص الضوء بنسبة 20٪ مقارنة بالخلايا التقليدية.

"هذا يعادل إعطاء كل شعاع من أشعة الشمس 'تقسيمًا للعمل'." قال عالم المشروع الرئيسي، البروفيسور لي وي ران من الأكاديمية الصينية للعلوم: "لكل فوتونات الحزم المختلفة واجباتها الخاصة، ويزداد إنتاج الطاقة بشكل طبيعي بشكل أساسي."

الهبوط التجاري: "حرب霆雳" من المختبر إلى السطح

على الرغم من أن النتائج في المختبر لا تزال تحتاج إلى وقت للتحول، إلا أن الصناعة بدأت بالفعل في وضع الوضع العاجل:

تم إدخال خط إنتاج أول وحدة مكدسة من نوع بيروفسكايت-سيليكون بقدرة 100 ميجاوات لمجموعة GCL حيز الإنتاج، بكفاءة إنتاج جماعي تبلغ 28٪، وحصلت على طلب بقيمة مليار دولار من مدينة نيوم المستقبلية في السعودية.

أعلنت تسلا أن الإصدار الجديد من سقف الطاقة الشمسية V4 سيستخدم الخلايا المكدسة، مع زيادة بنسبة 45٪ في إنتاج الطاقة لكل وحدة مساحة لتلبية احتياجات الكهرباء للأسرة على مدار الساعة طوال أيام السنة.

قامت الاتحاد الأوروبي بمراجعة عاجلة لقانون سقف الطاقة الشمسية، مما يتطلب من الدول الأعضاء إعطاء الأولوية لشراء الوحدات المدمجة لأبنية القطاع العام. أظهرت بيانات الجمارك الصينية أن صادرات الطاقة الشمسية إلى أوروبا زادت بنسبة 320% مقارنة بالعام السابق.

توقع مارك شنايدر، محلل الطاقة المتجددة في بنك دويتشه: "سيتجاوز市场规模 العالمي للبطاريات المدمجة 100 مليار دولار أمريكي في عام 2028، وقد تنسحب البطاريات السيليكونية ذات الاتصال الواحد التقليدية إلى السوق المنخفضة التكلفة."

المخاوف والتحديات الخفية: التفكير الهادئ تحت احتفال الكفاءة

وراء هذا الاحتفال، لا تزال الصناعة حذرة بشأن نقطتي ألم رئيسيتين:

جدل تسرب الرصاص: يحتوي كل متر مربع من الوحدة على حوالي 18 جرامًا من الرصاص. وعلى الرغم من أن معدل الذوبان يتم السيطرة عليه عند 0.05 مجم/لتر من خلال طلاء الفوسفات الزركوني، إلا أن المنظمات البيئية لا تزال تدعو لوضع معايير إلزامية لإعادة التدوير.

لعنة العمر: معدل تدهور الكفاءة السنوية للعينات المعملية عند 85℃/85% رطوبة هو حوالي 7%， وهو ما يظل بعيدًا عن المتطلبات التجارية لمدة 25 عامًا. "مثلما لا يمكن لسيارة سباق أن تسير فقط على المسار، بل يجب أن تصمد أمام اختبار الطرق الطينية." قال فرانك آيتشنبرغ، الرئيس التنفيذي لشركة أكسفورد فوتوفولتايكس بصراحة.