آفاق علمية وتربوية موقع متخصص بالثقافة العلمية والتربوية
مع تسارع وتيرة الاعتماد على الأجهزة الإلكترونية المحمولة في حياتنا اليومية، أصبحت الحاجة إلى حلول مبتكرة لشحن هذه الأجهزة ضرورة ملحّة، خصوصًا في الحالات التي يصعب فيها الوصول إلى مصادر كهربائية تقليدية.
المهندس أمجد قاسم
كاتب علمي متخصص في الشؤون العلمية
ومن هذا المنطلق، يعمل الباحثون حول العالم على تطوير تقنيات شحن جديدة تعتمد على الخلايا الكهروضوئية الشمسية المرنة والخفيفة، التي يمكن دمجها في النوافذ، أو حتى في الملابس والحقائب.
خلايا شمسية مرنة تُدمج في النسيج
كشف فريق بحثي من جامعة كاليفورنيا – بيركلي عن تطوير نوع جديد من الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من البوليمرات، تحديدًا من مادة P3HT، وهي بوليمرات عضوية موصلة للكهرباء، ممزوجة مع قضبان نانوية من مواد شبه موصلة.
وقد تم رش هذا الخليط على طبقة رقيقة أشبه بالغشاء، وضعت بين قطبين كهربائيين، أحدهما شفاف لتمرير الضوء. والنتيجة: خلية هجينة بسمك أقل من شعرة الإنسان، تتمتع بخفة الوزن والمرونة، ويمكن دمجها بسهولة في الملابس أو الأقمشة.
ورغم أن الكفاءة التحويلية لهذه الخلايا تتراوح حاليًا بين 8 إلى 9%، وهي أقل من كفاءة الخلايا السيليكونية التقليدية (التي تبلغ حوالي 20%)، فإن الباحثين يعتبرون هذه التكنولوجيا نقطة انطلاق واعدة نحو مستقبل أكثر استدامة في مجال توليد الطاقة المحمولة.
استخدامات مستقبلية مذهلة
يرى البروفيسور “بول أليفيزاتوس”، أحد قادة الفريق البحثي، أن هذه الخلايا الشمسية يمكن أن تُحدث تحولًا جوهريًا في طريقة شحن الأجهزة المحمولة.
إذ يمكن دمجها في النوافذ الذكية أو واجهات الأبنية وحتى في زجاج السيارات، مما يتيح استغلال أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس. كما يمكن استخدامها في الحقائب الذكية، بحيث يتم شحن هاتفك بمجرد وضعه داخل الحقيبة أثناء التنقل.
أبحاث يابانية ونمساوية في الخلايا متناهية الرقة
وفي تطور آخر، تمكن علماء من جامعة طوكيو بالتعاون مع باحثين نمساويين من تصنيع خلايا شمسية شديدة الرقة، لا يتجاوز سمكها 1.9 ميكرومتر، وهي قابلة للثني والدمج بسهولة في الأقمشة، مما يفتح الباب أمام استخدامها في ما يُعرف بـ”الملابس الإلكترونية” (E-textiles). وقد أشار البروفيسور تسويوشي سيكيتاني إلى أن هذه التقنية يمكن أن تسهم في راحة المسنين عبر تزويد ملابسهم بأجهزة مراقبة صحية تعمل بالطاقة الشمسية، مما يقلل الحاجة لحمل بطاريات ثقيلة أو إعادة شحن مستمر.
خلايا شفافة تشحن الهاتف عبر ضوء الشمس
أما في أوروبا، فقد أعلنت شركة Wysips الفرنسية عن إنتاج خلايا شمسية شفافة من البوليمرات البلاستيكية، لا يتعدى سمكها 0.1 ملم، وتبلغ قدرتها 100 واط لكل متر مربع.
وفي تجربة عملية، نجحت هذه الخلايا في شحن بطارية هاتف محمول خلال ست ساعات فقط باستخدام ضوء الشمس الطبيعي. ورغم أن مدة الشحن ما زالت طويلة نسبيًا، فإن التكلفة المنخفضة – حيث يبلغ سعر المتر المربع حوالي 200 يورو فقط – تجعلها خيارًا واعدًا مقارنة بالخلايا التقليدية التي تكلف ما يقارب 900 يورو/متر مربع.
ابتكارات عسكرية: الطاقة في ساحة المعركة
تعمل عدة جهات عسكرية حاليًا على تطوير ملابس قتالية ذكية مزودة بخلايا شمسية مرنة. فبدلاً من حمل الجنود لبطاريات ثقيلة لتشغيل أجهزة الملاحة والاتصال والرصد، يمكن للزي العسكري نفسه توليد الطاقة أثناء الحركة أو التمارين القتالية، ما يسهم في خفض العبء اللوجستي ويزيد من كفاءة الأداء الميداني.
مستقبل مشرق لتقنيات الطاقة الخفيفة
في السنوات الأخيرة، تسارعت الأبحاث في مجال الخلايا الشمسية العضوية، مع تحقيق تقدم ملحوظ في كفاءتها ومرونتها. وتشير الدراسات الحديثة (Nature Energy, 2024) إلى إمكانية رفع الكفاءة التحويلية للخلايا البلاستيكية إلى 15% بفضل تقنيات الضبط النانوي للبوليمرات واستخدام مواد جديدة مثل non-fullerene acceptors (NFAs) التي حسّنت من كفاءة الامتصاص الطيفي للخلايا.
كما يجري تطوير خلايا شبه شفافة يمكن دمجها في نوافذ المباني التجارية لتوليد الكهرباء دون التأثير على الإضاءة أو الرؤية، وهو ما سيؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة في الأبنية الذكية.
هذا ويمثل تطور الخلايا الكهروضوئية المرنة والخفيفة بداية حقبة جديدة من الطاقة الشخصية المحمولة.
ومع تزايد الحاجة إلى حلول شحن ذاتية ومستدامة، فإن هذه الابتكارات تمهد الطريق نحو أجهزة تعتمد على ذاتها للطاقة، وتفتح المجال لاستخدام الطاقة الشمسية في أماكن غير تقليدية، من النوافذ إلى الملابس. إنها بالفعل ثورة صامتة تُغيّر من شكل علاقتنا مع التكنولوجيا والطاقة.
المصادر:
- Nature Energy, 2024. Recent Advances in Organic Photovoltaics Efficiency Enhancement.
- University of California, Berkeley. (2023). Flexible Solar Cells Integrated into Fabrics.
- Wysips Official Website, Product Specifications 2024.
- Tokyo University Research Highlights, 2023.
- Sheffield University Energy Materials Lab Reports, 2024.
