منظمة الطاقة الجديدة وتطوير التقنيات الصناعية وباناسونيك اليابانيتان تحققان أعلى كفاءة تحويل للطاقة في العالم بنسبة 16.09 في المائة لأكبر وحدة خلايا البيروفسكايت الشمسية

- يُتيح ذلك توليد طاقة عالية الكفاءة بواسطة الخلايا الشمسية في أماكن كان يتعذّر التركيب فيها سابقاً -

كاواساكي، اليابان وأوساكا، اليابان -الأحد 9 فبراير 2020 [ ايتوس واير ]

(بزنيس واير): حققت شركة "باناسونيك" أعلى كفاءة في العالم من حيث تحويل الطاقة بلغت 16.09 في المائة لوحدة خلايا البيروفسكايت الشمسية (مساحة الثقب 802 سنتيمتر مربع: 30 سنتيمتر طول × 30 سنتيمتر عرض × 2 ميليمتر سماكة)، وذلك من خلال تطوير تقنية خفيفة الوزن باستخدام طبقة أساس زجاجية وطريقة طلاء قائمة على الطباعة النافثة للحبر على مساحة واسعة. وأُنجز ذلك كجزء من مشروع منظمة الطاقة الجديدة وتطوير التقنيات الصناعية (نيدو)، التي تعمل حالياً على "تطوير تقنيات من شأنها خفض تكاليف توليد الطاقة لتوليد الطاقة الكهروضوئية عالية الأداء والموثوقية"، وذلك لتعزيز اعتماد توليد الطاقة الشمسية على نطاق واسع.

وتساهم طريقة الطلاء هذه باستخدام تكنولوجيا نفث الحبر، والتي يُمكن أن تغطي مساحة واسعة، في خفض تكاليف تصنيع الوحدات. وبالإضافة إلى ذلك، تُتيح هذه الوحدات، التي تتميز بخفة الوزن وتغطيتها لمساحة كبيرة وبكفاءة التحويل العالية، إنتاج الطاقة الشمسية بطريقة عالية الفعالية في الأماكن التي يتعذّر فيها تثبيت الألواح الشمسية التقليدية، على غرار واجهات المباني.

وفي المستقبل، ستواصل كل من "نيدو" و"باناسونيك" تحسين مواد طبقة البيروفسكايت، لتحقيق كفاءة عالية تضاهي كفاءة الخلايا الشمسية السليكونية البلورية واستحداث تقنيات تستخدم لتطبيقات عملية في أسواق جديدة.

1. الخلفية

وتجدر الإشارة إلى أن الخلايا الشمسية السليكونية البلورية، التي تُستخدم على نطاق واسع حول العالم، قد وجدت أسواقاً في اليابان في مجالات تشمل مشاريع الطاقة الشمسية الضخمة والمرافق السكنية والمصانع والمنشآت العامة. وفي إطار السعي إلى تعزيز انتشارها في هذه الأسواق وضمان الوصول إلى أسواق جديدة أيضاً، فإنّه من الأهمية بمكان تصنيع وحدات شمسية أكبر وأخف وزناً.

هذا وتتمتع خلايا البيروفسكايت الشمسية^*1 بميزة بنيوية إذ أن سماكتها التي تشمل طبقة إنتاج الطاقة لا تمثل سوى جزء من واحد في المئة من سماكة الخلايا الشمسية السليكونية البلورية، وهو السبب الكامن خلف كون وحدات البيروفسكايت أخف وزناً من الوحدات السليكونية البلورية. كما تتيح خفة وزنها أساليب تركيب متنوعة مثل تركيبها على واجهات المباني والنوافذ باستخدام مادة القطب الكهربائي المُوصلة والشفافة، ما يؤدي إلى اعتماد المباني منعدمة استهلاك الطاقة ("زد إي بي"^*2) على نطاق واسع. وبالإضافة إلى ذلك، ومع إمكانية طلاء كل طبقة مباشرة على طبقة الأساس الزجاجية، يُمكن إنتاجها بتكلفة أقل بالمقارنة مع تكنولوجيا المعالجة التقليدية. ولهذا السبب تلقى خلايا البيروفسكايت الشمسية اهتماماً كبيراً باعتبارها الجيل المقبل من الخلايا الشمسية.

ومن جهة أخرى، على الرغم من حقيقة أن تقنية البيروفسكايت حققت كفاءة تحويل للطاقة بلغت 25.2 في المائة^*3، بالمقارنة مع الخلايا الشمسية السليكونية البلورية، في الخلايا صغيرة الحجم، إلا أنه كان من الصعب جداً وضع المواد بطريقة متسقة على امتداد منطقة واسعة باستخدام التكنولوجيا التقليدية. لذلك، مالت كفاءة تحويل الطاقة إلى الانخفاض.

وفي مواجهة هذا التحدي، تعمل منظّمة "نيدو" على مشروع "تطوير تقنيات من شأنها خفض تكاليف إنتاج الطاقة لتوليد الطاقة الكهروضوئية عالية الأداء والموثوقية"^*4، في إطار السعي لتعزيز اعتماد توليد الطاقة الشمسية على نطاق واسع. وفي سياق هذا المشروع، قامت "باناسونيك" بتطوير تقنية خفيفة الوزن باستخدام طبقة أساس زجاجية وطريقة طلاء على مساحة كبيرة قائمة على تكنولوجيا نفث الحبر، والتي تشمل عمليات إنتاج ومعايرة الحبر المُطبّق على طبقة الأساس الزجاجية الخاصة بوحدات خلايا البيروفسكايت الشمسية. وبفضل هذه التقنيات، تمكنت "باناسونيك" من تحقيق أعلى كفاءة في العالم من حيث تحويل الطاقة بنسبة 16.09 في المائة^*5 بالنسبة لوحدة خلايا البيروفسكايت الشمسية (مساحة الثقب 802 سنتيمتر مربع: 30 سنتيمتر طول × 30 سنتيمتر عرض × 2 ميليمتر سماكة).      

وبالإضافة إلى ذلك، يُتيح اعتماد طريقة الطلاء على مساحة كبيرة باستخدام تقنية نفث الحبر خفض التكاليف في عملية التصنيع. وتُتيح خصائص هذه الوحدة والمتمثلة في تغطيتها لمساحة واسعة وبخفة وزنها وكفاءة التحويل العالية، إنتاج الطاقة الشمسية بطريقة عالية الفعالية في الأماكن التي يتعذّر فيها تثبيت الألواح الشمسية، على غرار واجهات المباني. 

وتسعى "باناسونيك"، من خلال تحسين المواد الموجودة في طبقة البيروفسكايت، إلى تحقيق كفاءة عالية تضاهي كفاءة الخلايا الشمسية السليكونية البلورية واستحداث تقنيات تُستخدم للتطبيقات العملية في أسواق جديدة.

2. الإنجاز

من خلال التركيز على طريقة الطلاء باستخدام تقنية نفث الحبر والتي تُتيح طلاء المواد الخام بشكل دقيق ومتسق، قامت "باناسونيك" بتطبيق هذه التقنية على جميع طبقات الخلايا الشمسية، بما في ذلك طبقة البيروفسكايت على طبقة الأساس الزجاجية وحققت كفاءة عالية لتحويل الطاقة بالنسبة للوحدات التي تغطي مساحة كبيرة.

[نقطة التطور التقني]

(1) تحسين مكون السلائف الكيميائية للبيروفسكايت لتناسب الطلاء باستخدام تقنية نفث الحبر

من بين المجموعات الذرية التي شكّلت بلورة البيروفسكايت، تتمتّع مادة الميثيلامين بمشكلة الثبات الحراري أثناء عملية التسخين خلال إنتاج الوحدة (تتم إزالة الميثيلامين من بلورة البيروفسكايت بفعل الحرارة، ما يؤدي بالتالي إلى تدمير جزء معين من البلورة). ومن خلال تحويل جزء معين من الميثيلامين إلى فورماميدينيوم وسيزيوم وروبيديوم التي تتميز بحجم مناسب لقطر الذرة، أظهرت أن هذه الطريقة فعالة لتحقيق ثبات البلورات وتساهم في تحقيق كفاءة عالية لتحويل الطاقة.

(2) التحكم بتركيز وكمية وسرعة الطلاء الخاصة بحبر البيروفسكايت

تتميز عملية تشكيل الطبقات الرقيقة باستخدام طريقة الطلاء القائمة على تقنية نفث الحبر بمرونة أنماط الطلاء، في حين أن تشكيل نمط النقاط الخاصة بالمواد واتساق التبلور على سطح كل طبقة تعتبر من العوامل الأساسية. ولتلبية هذه المتطلبات، من خلال معايرة تركيز حبر البيروفسكايت إلى محتوى معين وبالتحكم الدقيق في مقدار وسرعة الطلاء أثناء عملية الطباعة، تم تحقيق كفاءة عالية لتحويل الطاقة النسبة للوحدات التي تغطي مساحة كبيرة.

ونجحت "باناسونيك"، من خلال تحسين هذه التقنيات بواسطة عملية الطلاء في تشكيل كل طبقة، في تعزيز نمو البلورات وتحسين اتساق السماكة وطبقة البلورة. ونتيجة لذلك، تمّ تحقيق كفاءة تحويل للطاقة بنسبة 16.09 في المائة والتقدّم خطوة للأمام نحو التطبيق العملي.

3. الخطة المستقبلية

من خلال تحقيق تكلفة أقل للمعالجة والوزن الخفيف لوحدة بيروفسكايت ذات مساحة كبيرة، تخطط منظّمة "نيدو" و"باناسونيك" لإيجاد سوق جديد لأماكن لم يسبق تركيب الخلايا الشمسية فيها واعتمادها. واستناداً إلى تطوير كل مادة متعلقة بخلايا بيروفسكايت الشمسية، تهدف كل من "نيدو" و"باناسونيك" إلى تحقيق كفاءة عالية مماثلة لتلك الخاصة بخلايا السيليكون الشمسية البلورية وتعزيز الجهود المبذولة لخفض تكلفة الإنتاج إلى 15 ين ياباني لكل واط.

تم نشر هذه النتائج خلال "المؤتمر الدولي لآسيا والمحيط الهادئ حول البيروفسكايت، والخلايا الكهروضوئية العضوية والإلكترونيات الضوئية" (آي بيه إي آر بيه 20) الذي انعقد في مركز تسوكوبا الدولي للمؤتمرات.

الرابط الإلكتروني: https://www.nanoge.org/IPEROP20/program/program

[تعليقات توضيحية]

* 1 خلايا البيروفسكايت الشمسية

خلية شمسية تتكون الطبقة المُمتصة للضوء فيها من بلورات البيروفسكايت.

* 2 المباني منعدمة استهلاك الطاقة ("زد إي بي")

 المبنى منعدم استهلاك الطاقة هو المبنى غير السكني الذي يستطيع، من خلال تطبيق نظام عالي الكفاءة والتحكم في حمل الطاقة، الحفاظ على جودة الجو في الأماكن المغلقة وتحقيق وفورات في الطاقة والطاقة المتجددة، ويهدف في نهاية المطاف إلى خفض رصيد الاستهلاك السنوي للطاقة إلى الصفر.

* 3 كفاءة تحويل الطاقة بلغت 25.2 في المائة

تم نشر الرقم القياسي العالمي لكفاءة تحويل الطاقة للخلايا التي تغطي مساحة صغيرة بشكل مشترك من قبل المعهد الكوري لأبحاث تكنولوجيا الكيمياء "كريكت" ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

أفضل بحث لكفاءة الخلايا (التنقيح 11-05-2019)- المختبر الوطني للطاقة المتجددة

* 4 تطوير تقنيات من شأنها خفض تكاليف إنتاج الطاقة من أجل توليد الطاقة الكهروضوئية عالية الأداء والموثوقية

- اسم المشروع: تطوير تقنيات من شأنها خفض تكاليف إنتاج الطاقة من أجل توليد الطاقة الكهروضوئية عالية الأداء والموثوقية/بحث وتطوير خلايا شمسية مبتكرة بهيكلية جديدة/بحث وتطوير منتجات مبتكرة بتكلفة إنتاجية منخفضة

- مدة المشروع: 2015-2019 (بالسنة التقويمية)

- المرجع: بيان صحفي صادر عن منظمة "نيدو" في 18 يونيو 2018 "أكبر وحدة بيروفسكايت كهروضوئية قائمة على طبقة رقيقة في العالم"

https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100391.html

*5 كفاءة تحويل الطاقة بنسبة 16.09 في المائة

قيمة الكفاءة التي تم قياسها باستخدام طريقة "إم بيه بيه تي" (تتبع نقاط الطاقة القصوى: وهي طريقة قياس أقرب إلى كفاءة التحويل في الاستخدام الفعلي) خاصة بالمعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا الصناعية المتقدمة.

لمحة عن شركة "باناسونيك"

تعدّ "باناسونيك" شركة رائدة عالميّاً في مجال تطوير تقنيات وحلول إلكترونية متنوّعة للعملاء في قطاعات الإلكترونيات الاستهلاكية، والحلول المنزلية، وحلول المركبات والأعمال المباشرة بين الشركات. وقد توسّعت الشركة، احتفلت الشركة في العام 2018 بالذكرى المائة لتأسيسها، وقد توسعت عالمياً حيث تقوم حالياً بتشغيل 582 شركة فرعية و87 شركة تابعة في أنحاء العالم، وسجّلت صافي مبيعات إجمالية بقيمة 8.003 تريليون ين للسنة المنتهية في 31 مارس 2019. وتستخدم الشركة الملتزمة بتحقيق قيمة جديدة عبر الابتكار في خطوط إنتاج تجزيئية تقنياتها من أجل خلق حياة أفضل وعالم أفضل لعملائها.  للمزيد من المعلومات حول "باناسونيك"، يرجى زيارة الرابط الإلكتروني التالي: https://www.panasonic.com/global

لمحة عن منظّمة الطاقة الجديدة وتطوير التقنيات الصناعية "نيدو"

تضطلع منظمة الطاقة الجديدة وتطوير التقنيات الصناعية "نيدو" بدور هام في سياسات الاقتصاد والتصنيع في اليابان من خلال تمويلها لأنشطة تطوير التكنولوجيا. كما تعمل المنظمة بمثابة مسرّع للابتكار لتحقيق اثنتين من مهماتها الأساسية المتمثلة في معالجة مشاكل الطاقة والمشاكل البيئية العالمية وتعزيز التكنولوجيا الصناعية.

للمزيد من المعلومات حول منظمة "نيدو"، يرجى زيارة الرابط الإلكتروني التالي: https://www.nedo.go.jp/english/introducing_index.html

المصدر: https://news.panasonic.com/global/press/data/2020/02/en200207-2/en200207-2.html

روابط ذات صلة

منظمة الطاقة الجديدة وتطوير التقنيات الصناعية (نيدو)

https://www.nedo.go.jp/english/

 لمحة عامة عن جهود البحث والتطوير لدى "باناسونيك"

https://www.panasonic.com/global/corporate/technology-design/r-and-d.html

يمكنكم الاطلاع على النسخة الأصلية للبيان الصحفي على موقع "بزنيس واير" (businesswire.com) على الرابط الإلكتروني التالي: https://www.businesswire.com/news/home/20200206006046/en/

إن نص اللغة الأصلية لهذا البيان هو النسخة الرسمية المعتمدة. أما الترجمة فقد قدمت للمساعدة فقط، ويجب الرجوع لنص اللغة الأصلية الذي يمثل النسخة الوحيدة ذات التأثير القانوني.

---

Contacts

NEDO New Energy Technology Department
Contact Person: H.Tamai, T.Sato
Tel: +81-44-520-5277 

الرابط الثابت : https://www.aetoswire.com/ar/news/منظمة-الطاقة-الجديدة-وتطوير-التقنيات-الصناعية-وباناسونيك-اليابانيتان-تحققان-أعلى-كفاءة-تحويل-للطاقة-في-العالم-بنسبة-1609-في-المائة-لأكبر-وحدة-خلايا-البيروفسكايت-الشمسية/ar