التكلفة العالية للخلايا الشمسية هي التحدي الأكبر الذي يواجه تصنيعها، ويبرر عزوف المنطقة العربية عن الاستخدام الأمثل للطاقة الشمسية، فمادة السيليكون المستخدمة في تصنيع الألواح الشمسية غالية الثمن، بالإضافة إلى كونها مادة سامة وغير قابلة للتدوير. 

محاولات ومساع كثيرة تُبذل لابتكار مواد جديدة بديلة للسيليكون تكون أقل تكلفة وبنفس الكفاءة، من بينها ما توصل له فريق بحثي من الجامعة الأمريكية بالقاهرة في مصر، ومعهد جورجيا التقني في أطلنطا بالولايات المتحدة. 

تمكن الفريق البحثي بقيادة ناجح علام -أستاذ الفيزياء بالجامعة الأمريكية- من إنتاج مواد تحل محل مادة السيليكون باهظة الثمن، باستخدام تكنولوجيا النانو، وحصل علام عن هذا الابتكار على براءة اختراع من مكتب براءات الاختراع الأمريكي في 17 يناير الجاري، كما حصل في نهاية عام 2014 على جائزة أفضل بحث تطبيقي خلال عام 2013 عن الاكتشاف نفسه، مقدمة من المركز القومي للبحوث في مصر. 

بالإضافة إلى تكلفتها العالية يقول علام لشبكة SciDev.Net: ”المشكلة في مادة السيليكون صعوبة تصنيعها“؛ إذ يتطلب مراحل عديدة تتسم بالتعقيد، هذا بالإضافة إلى أنها قد تتأكسد إذا ما تعرضت إلى الحرارة أو الرطوبة، وهي مشكلة في البيئة العربية، ما يجعل السيليكون خيارًا غير عملي، وفق علام. 

مشكلة أخرى يشير إليها علام، تواجهها أسطح الألواح الشمسية المصنعة من السيليكون، وهي الرياح التي تتعرض لها المنطقة، ما يقلل من كفاءة هذه الألواح. 

البديل الذي استخدمه الفريق البحثي للسيليكون هو ”سبيكة من عنصري التنجستن والتنتالم، يتم تحويلها عن طريق الأنودة إلى أنابيب نانومترية من أكاسيد العنصرين، تقوم بعمل السيليكون بكفاءة أقل 10%، وهو ما أمكن تعويضه من خلال تكنولوجيا النانو، ونسبة سطوع الشمس في المنطقة العربية“، على حد قول علام. 

ويستطرد علام موضحًا دور تكنولوجيا النانو فيه قائلاً: ”الأنابيب النانومترية تزيد مساحة المعرض للشمس، فتتحقق الاستفادة من سطوع الشمس على مساحات واسعة ولعدد ساعات أكبر في المنطقة العربية“. 

وتتميز هذه العناصر عن السيليكون، في أن سعرها أرخص، ولا تحتاج في إنتاجها لتقنيات عالية، كما أنها لا تتأثر بأي عوامل جوية، فضلاً عن كون خاماتها متوفرة في البيئة المحلية. 

وتعد مادة البيروفسكايت، وهي من أشباه الموصلات، أحد البدائل المطروحة حاليًّا للسيليكون، وعكف على استخدامها في تصنيع الخلايا الشمسية مجموعة من الباحثين في جامعة إكستر بالمملكة المتحدة، وأثبتوا فاعليتها في تحويل الضوء إلى طاقة بتكلفة أقل. 

ورغم ما أحدثته البيروفسكايت من صدى كبير في أوساط الباحثين والأكاديميين المعنيين بالطاقة الشمسية، إلا أن محتواها من الرصاص وقابلية ذوبانها في الماء يثيران مخاوف بيئية وصحية. 

ويرى علام أن هذه المادة ”أكثر كفاءة من مادة السيليكون، لكنها أكثر صعوبة في إعدادها، بما يجعلها غير ملائمة للمنطقة العربية“. 

عن الجانب التطبيقي للبحث يقول علام: ”هذه مشكلة البحث العلمي في منطقتنا، حيث لا ربط بين البحوث ومجال الصناعة، والتسويق أصبح يعتمد على علاقات كل باحث“. 

وتتمنى نجوى خطاب -الرئيس السابق لقسم الطاقة الشمسية بالمركز القومي للبحوث- أن يتم حل هذه المشكلة الأبدية للخلايا الشمسية في مصر والمنطقة العربية، حتى تجد مثل هذه الأفكار طريقها للتنفيذ. 

وقالت نجوى لشبكة SciDev.Net: ”إذا كانت المواد الجديدة تعالج فقط مشكلة ارتفاع سعر السيليكون، فهذا يكفي“. 

يُذكر أن التقديرات التي أوردتها ’الاستراتيجية العربية لتطوير استخدامات الطاقة المتجددة (2010- 2030) 'تشير إلى زيادة الطلب على مصادر الطاقة التقليدية بمتوسط نمو سنوي يبلغ 6%، وارتفاعه على الطاقة الكهربائية عربيًّا بنسبة 6.2% في المتوسط خلال السنوات العشر الماضية، ما يدفع بقوة إلى ضرورة الاستثمار في مشروعات الطاقات المتجددة.

( SciDev.Net)