الخلايا الشمسية العضوية على وشك تحقيق اختراق

عندما ينظر كارل ليو إلى صفوف المنازل، فإن أول ما يفكر فيه هو الإمكانات. وقال: "يجب أن يكون لديك طاقة شمسية على كل سطح تقريبًا". لكن أستاذ الفيزياء في الجامعة التقنية بدريسدن يعرف أيضًا مدى صعوبة الأمر.

السقف له منحنى أو زاوية، ولا يمكن حجب النوافذ. يوضح ليو، أحد أبرز العلماء في مجال تكنولوجيا الخلايا الشمسية: "هذا يجعل الكثير من المساحات القيمة غير قابلة للاستخدام".

يتم الآن تشديد قواعد تركيب معدات الطاقة الشمسية في المباني الجديدة في جميع الولايات الفيدرالية الألمانية بدرجات متفاوتة بسبب خطة البلاد للتحول إلى الكهرباء الخضراء بحلول عام 2035. وينص "قانون الطاقة المتجددة" في ألمانيا على أن القدرة الكهروضوئية التراكمية المثبتة في ألمانيا في عام 2030 يجب أن تكون تصل إلى 215 جيجاوات. لذلك، وفقًا للخطة الاستراتيجية للطاقة الكهروضوئية لوزارة الاقتصاد الاتحادية، يجب مضاعفة القدرة الكهروضوئية الجديدة ثلاث مرات من 7 جيجاوات كاملة في عام 2022 إلى 22 جيجاوات سنويًا.

يتطلب تحقيق هذه الأهداف مساحة أكبر. لقد طور العلماء نوعًا جديدًا من الألواح الشمسية يعد بحل هذه المشكلة: الخلايا الشمسية العضوية. لا تُصنع الخلايا الشمسية العضوية الرقيقة والقابلة للانحناء من السيليكون، بل من الهيدروكربونات. الاحتمالات لا حصر لها.

الخصائص الثابتة للأسطح المنحنية والأجسام وأجنحة الطائرات ليست مناسبة بعد لتركيب مكونات السيليكون التقليدية. ولا يمكن استخدام الخلايا الشمسية المرنة الجديدة في هذه الأماكن فحسب، بل يمكن أيضًا تركيبها على الجدران الزجاجية والنوافذ، لأنها تمتص جزءًا فقط من الضوء المرئي.

يعد معدل التحويل المنخفض هو السبب الرئيسي لعدم استخدام الخلايا الشمسية العضوية ذات المزايا العديدة على نطاق واسع. يمكن لوحدات السيليكون التقليدية تحويل 20% من الطاقة الشمسية إلى كهرباء، في حين أن الخلايا الشمسية العضوية لديها معدل تحويل يبلغ 9% فقط.

ويمكن للمنطقة إنتاج خلايا شمسية بتكلفة أقل، كما أنها تمتلك كميات كبيرة من العناصر الأرضية النادرة اللازمة لإنتاج الخلايا الشمسية التقليدية. الخلايا الشمسية العضوية لا تحتاج إلى مثل هذه المواد الخام. ومن المتوقع أن تعيد هذه الطريقة الجديدة للحصول على الطاقة بعضًا من صناعة الطاقة الشمسية إلى ألمانيا.

يقول ليو: "من أجل المنافسة، إما أن تكون لدينا تكاليف إنتاج أقل أو أن يكون لدينا براءات اختراع وتكنولوجيا". يمكن أن تكون البطاريات العضوية هي الحل. وأضاف: "لدينا المعرفة وبراءات الاختراع الأساسية العملية في المواد والمكونات وتكنولوجيا التصنيع".

ودعا ليو إلى مزيد من التمويل البحثي لتسريع تطوير ألمانيا في هذا المجال. ويقول: "يمكننا أن نفعل الكثير إذا تم دعم المشاريع البحثية بشكل أفضل".

يعمل ليو على الخلايا الشمسية العضوية في جامعة دريسدن التقنية منذ التسعينيات. بالإضافة إلى ذلك، تجري حوالي 30 شركة وعشرات المؤسسات البحثية من جميع أنحاء العالم أبحاثًا ذات صلة. في عام 2006، أسس الفيزيائي شركة Heliatek مع خمسة علماء آخرين من جامعة دريسدن التقنية وجامعة أولم. تقوم الشركة بإنتاج الخلايا الشمسية العضوية بكميات كبيرة منذ عام 2019 وهي الشركة الرائدة في السوق العالمية في هذا المجال.

وتضم الشركة مجموعة E.ON  الطاقة الألمانية من بين عملائها، بالإضافة إلى شركة سامسونج الكورية الجنوبية العملاقة للتكنولوجيا وشركات من فرنسا وإسبانيا وبريطانيا وسنغافورة واليابان. يقول جويدو فان تاتفيك، مدير شركة هيليا تكنولوجيز، إن الطلب ينمو بقوة بشكل خاص من جنوب شرق آسيا.