الألواح الشمسية البلاستيكية.. تقنية قد تغير قواعد الطاقة النظيفة
توصلت نخبة من الأكاديميين إلى تقنية الألواح الشمسية البلاستيكية التي تعتمد أساساً على حقن الخلايا الشمسية في قوالب بلاستيكية ما يعد بتطبيقات ثورية تسهم في تعزيز إنتاجية الكهرباء المولدة بهذا المصدر النظيف من الطاقة المتجددة الذي أضحى فرس الرهان الأول في سباق الحياد الكربوني.
الألواح الشمسية البلاستيكية
ويأمل الباحثون في أن تساعد تقنية الألواح الشمسية البلاستيكية التي تستعمل البلاستيك العضوي الرقيق في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء نظيفة مستدامة بكفاءة أعلى وتكلفة تصنيع منخفضة.
وفي هذا السياق يزعم باحثون أوروبيون أنهم تمكنوا من إثبات جدوى دمج الألواح الشمسية العضوية في أجزاء بلاستيكية هيكلية عبر تقنية القولبة بالحقن وفق ما أورده موقع مجلة بي في ماغازين.
ويشير مصطلح القولبة بالحقن إلى تقنية تُستعمَل لإنتاج أجزاء عبر حقن المواد المنصهرة في قالب ومن الممكن أن تساعد على تطوير الألواح الشمسية البلاستيكية داخل القالب بأداء محسن وثبات مُعزز وفق ما يراه الباحثون.
وقال الباحثون: بفضل تصميمها الرفيع جداً يمكن أن تكون الألواح الشمسية البلاستيكية المرنة حساسة للكشط الميكانيكي ما قد يتطلب استراتيجيات حماية ودمج إضافية.
وأشاروا إلى أن دمج لوحة شمسية مطبوعة في جزء بلاستيكي من شأنه أن يساعد على تجاوز التحديات ذات الصلة بالدمج مع توفير حماية ميكانيكية إضافية، وقدرة على التكيف مع الشكل.
مزيج ضوئي
ففي البداية صنع الباحثون ألواحاً شمسية في طباعة على شكل لفافات باستعمال مزيح ضوئي يُعرف علمياً باسم P3HT:O-IDTBR والذي اُختير لثباته الشكلي والحراري وهو ما له صلة مباشرة بعملية القولبة بالحقن التي تحدث لاحقاً.
وأكد الباحثون: الألواح الشمسية العضوية تتطلب مواد كهروضوئية بدرجة ثبات مورفولوجية (شكلية) تحت ضغوط حرارية مثل مزيج P3HT:O-IDTBR”.
وأضافوا: في هذا الصدد تبرز الحاجة الماسة إلى مواد عالية الأداء بمثل تلك الدرجة من الثبات.
آلية تقنية
وقام العلماء بزرع الألواح الشمسية العضوية باتجاه أفقي في قالب حقن مصنوع من مادة البولي يوريثين الحرارية المعتمدة على مادة البولي إيثر كوبوليمر.
وقد اُختيرت هذه المادة لدرجة حرارتها المنخفضة في أثناء المعالجة ومرونتها العالية علماً بأن عملية الحقن قد جرت باستعمال تجويف مقاس 120 مم × 120 مم × 2 مم.
وأشار الباحثون إلى أنه من مجموعة الألواح الشمسية العضوية الـ64 جرى حقن 32 لوحة شمسية بينما تم الاحتفاظ بـ32 لوحة شمسية أخرى بوصفها مراجع.
وتابعوا: في المتوسط احتفظت الألواح الشمسية البلاستيكية التي خضعت لتقنية القولبة بالحقن بـ98.1 بالمئة من أدائها الأصلي.
وأوضحوا: لم تخفق سوى لوحتين شمسيتين واحتفظت 28 عينة من الألواح الشمسية العضوية بأكثر من 90بالمئة من أدائها الاصلي وهو ما يجعل إنجاز أداء عملية القولبة بالحقن قريبة من 90 بالمئة.
وفيما يتعلق بالثبات التشغيلي والميكانيكي وجد العلماء متوسط زيادة بأكثر من 35 بالمئة في نقطة الضغط القصوى في عينات الألواح الشمسية البلاستيكية الخاضعة لتقنية القولبة بالحقن.
تطبيقات واعدة للألواح البلاستيكية
وعلى صعيد متصل قال الباحثون: هذا العمل الابتكاري يمثل أول إثبات للألواح الشمسية البلاستيكية المقولبة ويفتح إمكانات جديدة لها لتمكين التطبيقات المعينة التي تتطلب أداءً ضوئياً وهيكلياً عالياً متزامناً.
وواصلوا: نعتقد أن تركيز المستقبل على حقن المواد البلاستيكية من الممكن أن يوسّع حزمة الفوائد المقترنة باستعمال هذه الألواح المقولبة بينما يتعلق باستقرار الهيكل والأدوات إلى جانب إتاحة وظائف بصرية إضافية.
وقد تم نشر هذه الدراسة في دورية أدفانسيد ساينس العلمية وأشرف عليها باحثون من مركز تكنولوجيا يوريكات في إقليم كتالونيا الإسباني وجامعة باردوبيتسه ومركز الكيمياء العضوية في جمهورية التشيك وشركة إنتاج المعادن النانوية الفرنسية جين سينك GenesInk ومزود قوالب الحقن الإسباني إيتيب Aitiip.