غالبا ما تكون النوافذ العديدة في المباني مكانا مثاليا للخلايا الشمسية - لكن أحد التحديات الكبيرة في ذلك هو استمرار القدرة على الرؤية عبر هذه النوافذ. وقد حقق باحثون أمريكيون وصينيون تقدما في طريقهم إلى تطوير نوافذ أو واجهات زجاجية قادرة على توليد الكهرباء عبر الطاقة الشمسية، على أن تسمح في نفس الوقت بالرؤية عبرها.
وتمكن الباحثون من تطوير خلية شمسية تسمح بنفاذ الضوء وتضمن كفاءة تحويل الطاقة بنسبة تقارب 11% وشفافية بنسبة نحو 46%.
وتحدث العلماء تحت إشراف ستيفن فورست من جامعة ميشيجان في مدينة آن أربور (ميشيجان، الولايات المتحدة الأمريكية) عن هذا التطوير في دورية (وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم) "بروسيدينجز أوف ذا ناشونال أكاديمي أوف سيانسز" (بي إن إيه إس).
يوضح فورست قائلا: "تعتبر النوافذ الموجودة في كل مبنى موقعا مثاليا للخلايا الشمسية العضوية، حيث إنها توفر شيئا لا يوفره السيليكون، وهو مزيج من كفاءة عالية للغاية في تحويل الطاقة وشفافية واضحة للغاية". وتكاد تكون درجة شفافية الخلايا الشمسية مقاربة لشفافية النظارات الشمسية، التي تصل أحيانا إلى 50% فقط، وبذلك يمكن أن تحمي الخلايا الشمسية الشفافة في المستقبل من أشعة الشمس وفي نفس الوقت تنتج الكهرباء.
وأحرز الباحثون هذا التقدم عبر مواد مكملة وطلاءات إضافية في نطاق النانومتر (جزء واحد من مليون ملليمتر). وقد أدت إضافة فينيل النفثالين إلى مركبات عضوية معقدة، تُعرف اختصارا بـ (إس بي تي-إف آي سي) و(إيه 078) و(إيه 134)، إلى زيادة كبيرة في كفاءة تحويل الطاقة. وتضمن الطلاءات التي تحتوي على فلوريد المغنيسيوم ومركب عضوي يسمى بـ"سي بي بي" أكبر قدر من النفاذية في نطاق الضوء المرئي، بينما تنعكس الكثير من الأشعة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. وفي الجزء الداخلي من لوح الزجاج تم استخدام المزيد من الطلاءات التي تتضمن فلوريد المغنيسيوم وثاني أكسيد السيليكون.
وحقق الباحثون كفاءة عالية في تحويل الطاقة بنسبة 10.8% باستخدام قطب فضة، رغم أن عيبه هو أن الضوء الذي يمر عبره يأخذ لونا أخضر على نحو واضح. فالخلية الشمسية الشفافة تكون محايدة اللون تقريبا مع أكسيد قصدير الإنديوم على عكس المواد القطبية. ومع ذلك، فإن عيب أكسيد قصدير الإنديوم أنه يحقق فقط كفاءة في تحويل الطاقة بنسبة 8.1% وشفافية (نفاذية الضوء) بنسبة 43.3%.
يصف الباحث الرئيسي، يونجكسي لي، من جامعة ميشيجان التحدي بإيجاز قائلا: "كان على المادة الجديدة التي طورناها وهيكل الجهاز الذي صنعناه تحقيق العديد من التوافقات لضمان امتصاص جيد لأشعة الشمس وجهدٍ عالٍ وتيار كهربائي عالٍ وفي الوقت نفسه مقاومة منخفضة وشفافية حيادية اللون". ويسعى الباحثون مستقبلا إلى مواصلة زيادة كفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية وإطالة عمر خدمتها إلى عشر سنوات.
ويتحدث ألكسندر كولسمان، الذي يرأس مجموعة "الخلايا الكهروضوئية العضوية" في معهد كارلسروه الألماني للتكنولوجيا (كيه آي تي)، عن نتائج التطوير باعتبارها "خطوة جيدة إلى الأمام". وذكر كولسمان أنه من الجدير بالملاحظة أن الباحثين قاموا بتحسين أداء خاصيتين حاسمتين، وهما الكفاءة في تحويل الطاقة ونفاذية الضوء، وقال: "البحث يستند جيدا إلى مفاهيم قائمة بالفعل".
