🔍
Perovskite Solar Cells Could Be the Future of Energy - YouTube
Channel: Undecided with Matt Ferrell
[0]
برعاية SurfShark VPN. الألواح الشمسية هي تقنية مهمة في
[4]
تحركنا نحو صافي الصفر. على الرغم من أننا نشهد انخفاضًا في تكاليف الألواح الشمسية القائمة على السيليكون
[9]
، إلا أننا لم نشهد تحسينات كبيرة في الكفاءة ... حتى الآن. ولكن ماذا لو تمكنا من
[14]
بناء الألواح باستخدام مواد ليست محدودة العرض وبعملية أكثر وضوحًا وأقل كربونًا
[19]
؟ وكذلك تحقيق كفاءات أعلى في نفس الوقت؟ تعد الألواح الشمسية من البيروفسكايت
[24]
هذا المستقبل لبعض الوقت الآن ، ولكن أين هي؟ وهل هم
[28]
مستقبل تكنولوجيا الألواح الشمسية؟ دعنا نستكشف الألواح الشمسية البيروفسكايت وكيف يمكن أن
[33]
تنشط مستقبلنا.
[34]
أنا مات فيريل ... مرحبا بكم في مقرر.
[44]
الطاقة الشمسية هي واحدة من أكثر مصادر الطاقة الواعدة للحد من انبعاثات الكربون.
[48]
قفزت الكهرباء من الخلايا الكهروضوئية إلى الشبكة من 597 جيجاوات ساعة في عام 2005 إلى حوالي 545 تيراواط ساعة في عام 2018 ،
[57]
ومع طرح العديد من السياسات لمحاولة تحقيق صافي الصفر في العقود القليلة القادمة ،
[62]
يستمر استخدام الألواح الشمسية في النمو في جميع أنحاء العالم.
[65]
كان السيليكون البلوري هو الخيار المفضل لعقود ، وعلى الرغم من ظهور مواد أخرى
[70]
مثل نحاس الإنديوم غاليوم سيلينيد (CIGS) وتيلوريد الكادميوم (CdTe) ،
[71]
إلا أنها لا تغطي سوى قطعة صغيرة من السوق - حوالي 5 ٪. السبب الرئيسي لهذه المشاركة الصغيرة في
[76]
السوق هو أنه من الصعب جعلها فعالة ورخيصة مثل الألواح الشمسية
[80]
التقليدية القائمة على السيليكون.
[82]
لكن السيليكون ليس مثاليًا. لا يزال لديه مشكلات تتعلق بالتكلفة بالإضافة إلى الكفاءة ، والتي
[87]
لا تتجاوز عادةً 21٪ إلى 22٪ للألواح الأكثر مبيعًا. كما أنه ليس سراً
[92]
أن صناعة الألواح الشمسية عمل قذر بسبب الحرارة الشديدة المطلوبة لإزالة
[97]
الشوائب من السيليكون ، لذلك كان الباحثون والشركات يبحثون عن بدائل.
[103]
إحدى التقنيات الواعدة التي توفر التصنيع البسيط والخلايا الكهروضوئية عالية الكفاءة
[108]
هي خلايا البيروفسكايت الشمسية.
[109]
Perovskites هي عائلة من المواد مع التركيب البلوري خاص
[114]
اكتشفه العالم الألماني جوستاف روز، عندما كان مسافرا إلى روسيا في 1839. أي نوع
[119]
من المواد التي تحتوي على التركيب البلوري نفس أكسيد التيتانيوم الكالسيوم (CaTiO3)
[124]
يعتبر perovskite .
[125]
لم يكن حتى الخمسينيات من القرن الماضي أن نشأ البحث والتطوير على أكسيد البيروفسكايت ،
[131]
والذي تضمن استخدامه في خلايا الوقود ، والسيراميك الزجاجي ، والأجهزة فائقة التوصيل ، وأكثر من ذلك. ولكن
[136]
في عام 1999 فقط بدأ تطبيق البيروفسكايت على الخلايا الشمسية. أعلن باحثون
[141]
من المعهد الوطني للعلوم الصناعية المتقدمة والتكنولوجيا في طوكيو
[146]
أنهم صنعوا طبقة امتصاص بصرية لخلية شمسية باستخدام مركب بيروفسكايت
[150]
ذي قاعدة أرضية نادرة . بعد ذلك ، جاءت الألفية الجديدة ببحوث مكثفة حول خلايا
[155]
البيروفسكايت الشمسية وطرق ومواد تصنيع جديدة.
[158]
تعتبر مادة البيروفسكايت مواد سهلة التركيب وتعتبر مستقبل الخلايا الشمسية
[162]
حيث أظهر هيكلها المميز إمكانات كبيرة للأداء العالي
[167]
وتكاليف الإنتاج المنخفضة. تم تحسين هذه الخلايا الشمسية إلى حد كبير في
[171]
إطار زمني قصير ، مع ازدهار في كفاءة التحويل - من حوالي 3 ٪ في عام 2006 إلى أكثر من
[177]
29 ٪ اليوم - تجاوز الحد الأقصى من الكفاءة التي تم تحقيقها في البلورات التقليدية أحادية ومتعددة البلورات
[183]
خلايا السيليكون.
[184]
في المختبرات ، يتم تصنيع خلايا البيروفسكايت عن طريق الطلاء بالدوران أو الرش أو "الطلاء"
[189]
على ركيزة ، وهي مادة توفر السطح لتتبلور
[193]
المواد الكيميائية عليه.
[194]
تعمل هذه الخلايا إلى حد كبير مثل الألواح الشمسية التقليدية ، ولكن للتلخيص السريع ...
[199]
الجزء من اللوح الشمسي الذي يمتص ضوء الشمس ويحوله إلى كهرباء هو رقاقة
[203]
مصنوعة من مادة شبه موصلة - عادة ما تكون من السيليكون. أشباه الموصلات هي مادة
[208]
عادة لا توصل الكهرباء بشكل جيد ، إلا إذا كانت في الظروف المناسبة. هذا
[212]
مبسط بشكل مفرط ، لكن الخلية تحتوي أساسًا على طبقتين من السيليكون. تحتوي الطبقة العليا
[217]
على كمية ضئيلة من الفوسفور ، والتي تحتوي على إلكترونات أكثر من السيليكون. هذا الفائض من الإلكترونات
[222]
يجعلها أكثر سالبة الشحنة ، لذلك يشار إليها باسم طبقة N. والطبقة السفلية
[227]
تحتوي على كمية ضئيلة من البورون ، والتي تحتوي على إلكترونات أقل من السيليكون ، لجعلها
[232]
مشحونة بشكل إيجابي أكثر والمعروفة باسم طبقة P-Type.
[235]
عندما يضرب فوتون من ضوء الشمس الطيفي المرئي اللوح ويتم امتصاصه ، فإنه يدق
[239]
إلكترونًا أثناء ترك ثقب مشحون إيجابياً. ينجذب الإلكترون الحر
[243]
إلى الطبقة العلوية سالبة الشحنة ، بينما يتحرك الثقب لأسفل إلى الطبقة السفلية
[247]
موجبة الشحنة. تنشئ الأسلاك التي تربط الطبقتين العلوية والسفلية دائرة
[251]
لإعادة توصيل الإلكترونات بالثقوب ... لتوليد التيار الكهربائي.
[256]
فلماذا هذا مهم عندما نتحدث عن البيروفسكايت؟
[258]
اليوم ، تصل تكنولوجيا الطاقة الشمسية السائدة - السيليكون - إلى حد كفاءتها العملية
[264]
عند استخدامها بمفردها. قام الفيزيائيان William Shockley و Hans-Joachim Queisser بحساب
[270]
الحد الأقصى من الكفاءة النظرية للخلايا الشمسية أحادية الوصلة السيليكونية بحوالي 30٪. يُعرف باسم
[275]
حد Shockley – Queisser. على الرغم من المكاسب التي حققتها الخلايا متعددة الوصلات التي
[279]
تجمع بين طبقات وتقنيات متعددة معًا كما أوضحت في [فيديو] سابق (https://unduablemf.com/episodes/exploring-solar-panel-efficiency-breakthroughs-in-2020 ).
[284]
التحدي الآخر هو أن السليكون يجب أن يكون سميكًا إلى حد ما ومصنع بدرجة
[287]
حرارة عالية جدًا .
[288]
ولكن عندما يتعلق الأمر بخلايا البيروفسكايت الشمسية ، فإنها لا تتطلب الحرارة ويمكن تصنيعها
[292]
بطبقات أرق بكثير. يمكنهم أيضًا العمل مع جميع الأطوال الموجية المرئية تقريبًا ، مما يؤدي
[297]
إلى نقل وإعادة تركيب واستخراج الشحنات بشكل أكثر كفاءة من خلايا السيليكون.
[302]
يمكن ضبط البيروفسكايت لامتصاص ألوان مختلفة في الطيف الشمسي. تفتح مرونة
[307]
فجوة الحزمة هذه تطبيقًا مفيدًا آخر لهذه الخلايا الشمسية في
[311]
تكوينات الأجهزة الترادفية عالية الأداء التي تحقق كفاءات أعلى من 30٪. يمكن دمجها
[317]
مع مواد أخرى ، مثل السيليكون على سبيل المثال ، لتشكيل هياكل هجينة ... تلك الخلايا
[322]
متعددة الوصلات التي ذكرتها سابقًا. يمكن ضبط كل تقاطع ، أو مجموعة من الطبقات ، على
[326]
أطوال موجية مختلفة من الضوء ، مما يزيد من النطاق الشامل للأطوال الموجية التي يمكن أن تمتصها الخلية بأكملها ،
[331]
مما يساعد في تحقيق الكفاءة.
[333]
يمكن إنتاج البيروفسكايت باستخدام حلول بسيطة لا تتطلب معدات ومرافق
[337]
باهظة الثمن ومعقدة . يستخدم هيكلها ذو الأغشية الرقيقة مواد أقل 20 مرة ، كما أنها لا
[341]
تتطلب مواد غير شائعة أو محدودة العرض. يبلغ سمك البيروفسكايت حوالي نصف
[346]
ميكرون فقط بينما تبلغ سماكة طبقة السيليكون 200 ميكرون تقريبًا.
[350]
خلص تحليل دورة الحياة الذي تضمن العديد من التقنيات الكهروضوئية إلى أن إنتاج
[355]
خلايا السيليكون أو خلايا ترادفية بيروفسكايت على السيليكون ينتج عنها بصمة كربونية أعلى
[360]
وتكلفة مقارنة بخلايا بيروفسكايت متعددة الطبقات.
[363]
قام علماء جامعة ستانفورد ، على سبيل المثال ، بتصنيع أغشية رقيقة من البيروفسكايت باستخدام جهاز آلي
[369]
بفتحتين. قد تكون هذه التقنية قادرة على إنتاج وحدات بيروفسكايت مقابل 0.25 دولار
[374]
للقدم المربع ، بينما تتراوح تكلفة الألواح الشمسية التقليدية من 4 دولارات إلى 10 دولارات
[379]
للقدم المربع .
[380]
مع كفاءات أفضل وتصنيع أرخص وأسهل ، لماذا لا نرى هذا الاستيلاء
[384]
على صناعة الطاقة الشمسية؟
[386]
لكن قبل أن أصل إلى ذلك ، أود أن أشكر Surfshark على رعايتها لفيديو اليوم.
[390]
أوصي دائمًا باستخدام VPN عند استخدام شبكات Wifi العامة ، ولكن يمكن أن تكون شبكات VPN مفيدة جدًا حتى
[395]
عندما تكون في المنزل. تستخدم الكثير من الخدمات عبر الإنترنت بعض عمليات الاستهداف والتتبع
[399]
التجارية المعقدة جدًا ... يمكن لشبكة VPN حمايتك من ذلك. يقوم CleanWeb من SurfShark بعمل رائع في
[404]
منع الإعلانات وأجهزة التتبع والمواقع الضارة مما يجعل استخدام الإنترنت أكثر أمانًا
[408]
حتى في المنزل.
[410]
ويمكنك حتى جعله يبدو وكأن عنوان IP الخاص بك يأتي من بلد
[413]
مختلف تمامًا . يمكن أن يكون هذا مفيدًا إذا كنت تريد دفق مقطع فيديو متاح فقط
[416]
من موقع معين.
[417]
أحد أفضل أجزاء SurfShark هو أنه من السهل إعداده على جميع أجهزتك ،
[422]
سواء كان ذلك iPhone أو Android أو Mac أو الكمبيوتر الشخصي. SurfShark هو VPN الوحيد الذي يقدم
[427]
حسابًا واحدًا للاستخدام مع عدد غير محدود من الأجهزة.
[430]
استخدم الكود الخاص بي للحصول على خصم 83٪ بالإضافة إلى 3 أشهر إضافية مجانًا! يقدم SurfShark ضمانًا لاسترداد الأموال لمدة 30 يومًا
[435]
، لذلك لا توجد مخاطرة في تجربته بنفسك. الرابط في الوصف
[438]
أدناه. شكرًا لـ Surfshark ولكم جميعًا على دعم القناة. نعود الآن إلى سبب
[443]
عدم رؤية البيروفسكايت يسيطر على الصناعة ...
[446]
العقبة الرئيسية أمام البيروفسكايت هي ما إذا كان بإمكانها الاستمرار
[451]
مثل ألواح السيليكون ، والتي تأتي عمومًا بضمان لمدة 25 عامًا وتستمر لفترة أطول من ذلك بكثير.
[455]
البيروفسكايت حساس جدًا للأكسجين والرطوبة والحرارة ، مما يتطلب تغليفًا كثيفًا
[460]
لحماية الخلايا ، مما يزيد من التكلفة والوزن. مادة القطب الأكثر شيوعًا
[466]
في خلايا البيروفسكايت الشمسية في الوقت الحالي هي الذهب ، والذي من الواضح أنه يرفع السعر قليلاً
[470]
، والبدائل الأرخص لا تدوم طويلاً. في درجات الحرارة الدافئة ، تتغير هياكل
[475]
خلايا البيروفسكايت ، وعلى الرغم من أن هذا التغيير قابل للانعكاس ، إلا أنه يحط من أداء
[480]
الخلية.
[481]
على الرغم من تحقيق كفاءات عالية ، مثل خلية بيروفسكايت -سيليكون في Oxford PV ،
[486]
والتي وصلت إلى 29.52٪ من كفاءة التحويل ، إلا أن معظم شركات البيروفسكايت لم تنشر
[491]
نتائج الاستقرار الخاصة بها. يقولون جميعًا إنهم يتبعون معيار الشهادة الذي تم
[495]
وضعه للألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون ، والذي وضعته اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC).
[500]
يتكون معيار IEC 61215 الذي تخضع له الوحدات النمطية من سلسلة من الاختبارات المتسارعة
[508]
لمحاكاة تشغيلها على مدار سنوات. في أحد هذه الاختبارات ، يتم تسخين الوحدات
[513]
حتى 85 درجة مئوية لمدة 1000 ساعة عند مستوى رطوبة بنسبة 85٪ ... وحتى قصفها بحجارة البَرَد.
[521]
بعد هذه السلسلة الثقيلة والصعبة من الاختبارات ، إذا استمرت لوحة السيليكون في العمل ، فمن المفترض
[526]
أن يكون لديهم فرصة جيدة للاستمرار لمدة 25 عامًا. ولكن في حالة البيروفسكايت ، على الرغم من قدرتها
[530]
على اجتياز هذه الاختبارات ، لا تزال هناك شكوك حول إمكانية استمرارها في الظروف العملية
[534]
طوال تلك السنوات بسبب عدم استقرارها مقارنةً بالسيليكون. لدينا عقود من استخدام السيليكون
[540]
في العالم الحقيقي مقابل لا شيء للبيروفسكايت ... حتى الآن.
[544]
على سبيل المثال ، حصلت وحدات البيروفسكايت الخاصة بـ Microquanta على موافقة IEC 61215 ، ولكن اتضح
[550]
أن سعة التوليد للوحدات قد تقلصت إلى 80٪ من أدائها الأولي
[555]
في غضون عام إلى عامين في المتوسط ، وفقًا للتجارب الميدانية في Hangzhou ، الصين.
[560]
مشكلة أخرى صغيرة ولكنها مشكوك فيها مع خلايا البيروفسكايت هي سميتها. يستخدم
[564]
الرصاص في هياكل الخلايا الأكثر شيوعًا ، ولأنه مادة معدنية سامة ، يجب
[569]
التحكم فيه بعناية من تصنيعه إلى إعادة تدويره.
[573]
بينما لا تزال هذه التحديات قائمة ، يتم وضع الكثير من البحث والتطوير في تحويل
[576]
خلايا البيروفسكايت الشمسية إلى حقيقة واقعة. يعمل العلماء والشركات على زيادة
[581]
الكفاءة والاستقرار ، بالإضافة إلى زيادة العمر واستبدال المواد السامة بمواد
[587]
أكثر أمانًا.
[588]
نشر باحثون من كلية الهندسة بجامعة براون مؤخرًا
[591]
تطورات لجعل خلايا البيروفسكايت الشمسية أكثر متانة. بادئ ذي بدء ،
[595]
وجد العلماء أضعف واجهة للبيروفسكايت. ثم اكتشفوا كيفية تحسين مقاومتهم ،
[600]
وذلك باستخدام "صمغ جزيئي".
[603]
باستخدام هذا "الصمغ الجزيئي" للصق الخلايا معًا ، زادوا من الالتصاق بين
[607]
طبقات الخلايا مقارنةً بالمواد اللاصقة المخبرية التقليدية التي كانت ستدمر
[611]
خصائص الخلية.
[613]
مقارنة بخلايا البيروفسكايت التجارية المستخدمة في هذه الدراسة ، والتي يمكن أن تستمر حوالي
[617]
700 ساعة ، زادت التكنولوجيا التي طورها الباحثون من العمر الافتراضي إلى 4000
[622]
ساعة (أي ما يعادل عامين تقريبًا في خمس ساعات ذروة الشمس في اليوم). هذا
[627]
تحسن هائل ، لكن الباحثين حددوا مجالات أخرى للتحسين ،
[632]
لذلك لا يزال هناك المزيد في المستقبل.
[634]
اليوم لدينا تقديرات فقط لخلايا البيروفسكايت الشمسية ، وليس هناك الكثير من البيانات التي
[638]
تستخدم في العالم الحقيقي . تشير التقديرات إلى أن الألواح الشمسية من البيروفسكايت يمكن أن تكلف 10 إلى 20 سنتًا فقط لكل
[643]
واط ، لكننا ما زلنا بحاجة إلى انتظار تسويق هذه التكنولوجيا ، وتنضجها قليلاً
[647]
، للحصول على فهم أكثر دقة لتكلفتها وفوائدها الحقيقية.
[652]
وفيما يتعلق بالسمية الناتجة عن الرصاص ، والتي تعد منخفضة جدًا بالمناسبة ، فقد قام العلماء في
[656]
جامعة جهارخاند المركزية في الهند بمحاكاة خلية شمسية ميثيلامونيوم يوديد يوديد
[661]
بيروفسكايت محسنة بطبقة نقل ثقب مصنوعة من أكسيد النحاس (Cu2O).
[666]
هذه مجموعة كاملة من الكلمات العشوائية ... ماذا يعني ذلك؟ حسنًا ، الهيكل الذي قاموا
[671]
بإنشائه عبارة عن خلية بيروفسكايت خالية من الرصاص. ربما كان ينبغي عليّ فقط ... قيادة ... مع
[676]
ذلك.
[678]
أظهرت عمليات المحاكاة التي قاموا بها أن لديه القدرة على الوصول إلى كفاءة تحويل طاقة تبلغ
[682]
27.43٪. وأشار أحد الباحثين ، باسوديف برادهان ، إلى أن تقديرات التكاليف
[687]
أرخص بنحو 8-10 مرات من الألواح الشمسية القياسية القائمة على السيليكون.
[691]
Saule Technologies ، واحدة من الشركات الرائدة في سوق الخلايا الشمسية perovskite ، لديها بعض
[695]
المنتجات المثيرة للاهتمام حقًا في الأعمال. لديهم زجاج ضوئي من البيروفسكايت
[699]
يمكن دمجه مع المباني. إنها خلية شمسية شبه شفافة من البيروفسكايت
[703]
مطبوعة على رقائق مرنة ومغطاة بطبقات من الزجاج ، مما يجعلها نافذة
[709]
تولد الكهرباء.
[710]
تنتج Saule أيضًا ستائر شمسية تجمع الطاقة يمكنها حجب أشعة الشمس الشديدة في الصيف ،
[715]
ولكن في الصباح والمساء تسمح لأشعة الشمس بدخول المبنى لتوفير الضوء الطبيعي
[719]
والتدفئة السلبية. يمكن تعديل هذه الستائر يدويًا أو تلقائيًا.
[723]
وأكبر الأخبار ، في مايو 2021 ، أطلقت Saule أول خط إنتاج صناعي في العالم
[729]
للألواح الشمسية perovskite في بولندا.
[731]
تعمل Jinko Solar ، وهي شركة رائدة أخرى في سوق الألواح الشمسية ، أيضًا على طرح تقنية
[735]
البيروفسكايت . في عام 2017 ، وقعت الشركة صفقة غير حصرية مع شركة Greatcell ومقرها أستراليا
[740]
لاستكشاف خيارات لتسويق تقنية خلايا البيروفسكايت من Greatcell.
[744]
أشارت الشركة المصنعة الصينية في بيانها المالي
[747]
للربع الأول من عام 2021: "لقد أكملنا أيضًا بناء منصة تكنولوجيا خلايا
[752]
البيروفسكايت المصفحة عالية الكفاءة والتي من المتوقع أن تصل إلى كفاءة تحويل خلوية مذهلة
[756]
تزيد عن 30٪ خلال العام. . "
[759]
لذا تبدو الأمور وكأنها بدأت أخيرًا في التسخين. من المقدر أن ينمو
[762]
سوق الخلايا الشمسية البيروفسكايت بمعدل 34.0٪ CAGR بين 2020-2027 ، لكن عوامل مثل عدم الاستقرار
[769]
واستخدام المواد السامة يمكن أن تبطئ نمو السوق.
[773]
على الرغم من أن شركات مثل Saule و Jinko Solar قد استثمرت في هذه التقنية ،
[777]
لا يزال هناك مشاكل في البيروفسكايت يجب معالجتها. ولكن بالنظر إلى أن كفاءة المواد زادت
[781]
من أقل من 4 في المائة إلى أكثر من 25 في المائة في غضون عقد من الزمن ، فمن السهل أن نرى
[785]
سبب تفاؤل الكثير من الناس بشأن مستقبل البيروفسكايت. على الرغم من أن الكفاءة يمكن أن تكون
[790]
محركًا رائعًا ، إلا أنها لن تحفز التبني بمفردها. من أجل ذلك ، ستنخفض التكلفة
[795]
والقيمة ... حتى لو لم يستمر طويلاً مثل السيليكون.
[799]
ماذا تعتقد؟ هل سيتولى البيروفسكايت السوق؟ اقفز إلى التعليقات
[803]
وأخبرني. إذا أعجبك هذا الفيديو ، فتأكد من مراجعة أحد الفيديوهات التي قمت بربطها
[807]
هنا. تأكد من الاشتراك واضغط على جرس الإشعارات إذا كنت تعتقد أنني فزت
[811]
به. وكالعادة ، شكراً لجميع رعاتي للمساعدة في جعل مقاطع الفيديو هذه ممكنة.
[814]
يحصل رفاعي على إصدارات مبكرة خالية من الإعلانات من مقاطع الفيديو الخاصة بي ، وهناك مجموعة خلافات خاصة ،
[820]
ويمكن للمستفيدين ذوي المستوى الأعلى الانضمام إلى مكالمات Zoom الشهرية. تحقق من الرابط في الوصف
[823]
لمزيد من التفاصيل. ولكن حتى لو لم تكن من مؤيدي Patreon ، فأنت لا تزال تفعل
[827]
شيئًا رائعًا بمجرد المشاهدة والتعليق. شكرا جزيلا وسأراكم في المرة القادمة
[831]
.
Most Recent Videos:
You can go back to the homepage right here: Homepage