تمكن الباحث اليمني المقيم في اليابان الدكتور مروان ذمرين من تسجيل براءات اختراع جديدة في مجال دمج بلورات الطاقة الشمسية ورفع كفاءة الخلايا الهجينة إلى أكثر من 30%.
ويعتمد الاختراع الجديد على طريقة مبتكره طورها الباحث ذمرين تقوم على إنتاج بلورات الجرمانيوم-سليكون على سطح السليكون، وبأقل عيوب بلورية وبسمك يتعدى الستة ميكرومترات مقارنة بأقل من ميكرون واحد للطرق الأخرى.
ويوضح الدكتور ذمرين الباحث في جامعة طوكيو للزراعة والتكنولوجيا باليابان سابقا ورئيس وحدة الطاقة الشمسية في إحدى الشركات اليابانية في حديث خاص للجزيرة نت أن هذه الطريقة "ستفتح أبوابا واسعة لدمج الخلايا الشمسية التي كانت حكرا على استخدامات الفضاء مع خلايا السليكون الرخيصة بحيث تصل كفاءة الخلايا الهجينة إلى أكثر من ٣٠٪".
وتنقسم الخلايا الشمسية إلى عدة أنواع، أهمها المصنوعة من بلورات السليكون وتشكل نحو 90٪ من الإنتاج العالمي، وتتميز هذه الخلايا بتكلفتها الاقتصادية المنخفضة، إذ لا تتجاوز تكلفة خلية قطرها 66 بوصة (نحو 1.68 متر) الدولارين.
وتظل الخلية الشمسية محدودة الكفاءة في تحويلها الضوء إلى طاقة، فنظريا يقدر مستوى الكفاءة بنحو ٢٩٪، وعمليا لم تصل أقصى كفاءة للخلية الشمسية في معامل المختبرات ٢٥٪ إلى نهاية التسعينيات من القرن الماضي، واستغرق الباحثون أكثر من عقد آخر ليصلوا إلى ٢٦٪ في أحسن المختبرات العلمية بينما الكفاءة في أفضل المصانع الحديثة لا تتعدى ٢٣٪.
ويقول ذمرين إنه طور نوعا أفضل من الخلايا الشمسية يتكون من مجموعتي الجدول الدوري الثالثة والخامسة وتسمى أشباه الموصلات المركبة من الجاليوم أرسنايد والأنديوم فوسفور والتي تتميز بقدرة أكبر من خلايا السليكون على امتصاص كل الطيف الضوئي، وبالتالي تصل كفاءة تحويلها الطاقة من الضوء نظريا إلى نحو ٥٠٪ وعمليا إلى ٣٦٪.
ويضيف أن تلك الخلايا تستخدم غالبا في صناعة الأقمار الصناعية وتبلغ تكلفتها الاقتصادية أكثر من خمسمئة دولار للخلية إذا ما تم تصنيعها على رقائق الجرمانيوم أو الجاليوم أرسنايد ذات مساحة مساوية لخلايا السيلكون ذات الست بوصات (15.12 سنتمترا) وباستخدام تقنية "أم أو سي ڤي دي" التي يتم فيها تبخير المعادن من مركبات عضوية غازية عند درجة حرارة معينة، وتستقر هذه الأبخرة على سطح الرقيقة وفق تناسق منظم بناء على البعد البلوري لكل مادة.
في العقود الماضية بذلت جهود حثيثة لاستخدام هذه الطريقة ولكن على رقائق السليكون، ونظرا لاختلاف البعد البلوري بين السليكون والجرمانيوم أو الجاليوم أرسنايد فان البلورات الناتجة تتميز غالبا برداءتها واحتوائها على العديد من العيوب.
أما الطريقة التي طورها ذمرين فتتميز ببساطتها وقدرتها على إنتاج بلورات الجرمانيوم-سليكون على سطح السليكون بأقل عيوب بلورية وبسمك يتعدى الستة ميكرومترات مقارنة بأقل من ميكرون واحد للطرق الأخرى.
يذكر أن الباحث ذمرين قد حصل على ثلاث براءات اختراع سابقا من ضمن ثمانٍ قيد التسجيل، كانت الأولى في يونيو 2010 في مجال إنتاج الخلايا الشمسية ذات القطبية السالبة، بينما حصل على براءتي الاختراع الأخيرتين خلال عامي 2012 و2013 على التوالي في مجال صناعة موصلات الخلايا الشمسية والمركبات الموصلة للخلايا.
وسجل الباحث براءات اختراعاته لدى مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية في الولايات المتحدة، واليابان وألمانيا والصين بالاشتراك مع جامعة طوكيو للزراعة والتكنولوجيا الموفد إليها من جامعة صنعاء، وبالاشتراك مع شركات يابانية ستتولى تصنيع رقائق السليكون والسليكون جرمانيوم الهجينة وبيعها.
* صحفي يمني متخصص في الشؤون العلمية
ويعتمد الاختراع الجديد على طريقة مبتكره طورها الباحث ذمرين تقوم على إنتاج بلورات الجرمانيوم-سليكون على سطح السليكون، وبأقل عيوب بلورية وبسمك يتعدى الستة ميكرومترات مقارنة بأقل من ميكرون واحد للطرق الأخرى.
ويوضح الدكتور ذمرين الباحث في جامعة طوكيو للزراعة والتكنولوجيا باليابان سابقا ورئيس وحدة الطاقة الشمسية في إحدى الشركات اليابانية في حديث خاص للجزيرة نت أن هذه الطريقة "ستفتح أبوابا واسعة لدمج الخلايا الشمسية التي كانت حكرا على استخدامات الفضاء مع خلايا السليكون الرخيصة بحيث تصل كفاءة الخلايا الهجينة إلى أكثر من ٣٠٪".
وتنقسم الخلايا الشمسية إلى عدة أنواع، أهمها المصنوعة من بلورات السليكون وتشكل نحو 90٪ من الإنتاج العالمي، وتتميز هذه الخلايا بتكلفتها الاقتصادية المنخفضة، إذ لا تتجاوز تكلفة خلية قطرها 66 بوصة (نحو 1.68 متر) الدولارين.
وتظل الخلية الشمسية محدودة الكفاءة في تحويلها الضوء إلى طاقة، فنظريا يقدر مستوى الكفاءة بنحو ٢٩٪، وعمليا لم تصل أقصى كفاءة للخلية الشمسية في معامل المختبرات ٢٥٪ إلى نهاية التسعينيات من القرن الماضي، واستغرق الباحثون أكثر من عقد آخر ليصلوا إلى ٢٦٪ في أحسن المختبرات العلمية بينما الكفاءة في أفضل المصانع الحديثة لا تتعدى ٢٣٪.
ويقول ذمرين إنه طور نوعا أفضل من الخلايا الشمسية يتكون من مجموعتي الجدول الدوري الثالثة والخامسة وتسمى أشباه الموصلات المركبة من الجاليوم أرسنايد والأنديوم فوسفور والتي تتميز بقدرة أكبر من خلايا السليكون على امتصاص كل الطيف الضوئي، وبالتالي تصل كفاءة تحويلها الطاقة من الضوء نظريا إلى نحو ٥٠٪ وعمليا إلى ٣٦٪.
ويضيف أن تلك الخلايا تستخدم غالبا في صناعة الأقمار الصناعية وتبلغ تكلفتها الاقتصادية أكثر من خمسمئة دولار للخلية إذا ما تم تصنيعها على رقائق الجرمانيوم أو الجاليوم أرسنايد ذات مساحة مساوية لخلايا السيلكون ذات الست بوصات (15.12 سنتمترا) وباستخدام تقنية "أم أو سي ڤي دي" التي يتم فيها تبخير المعادن من مركبات عضوية غازية عند درجة حرارة معينة، وتستقر هذه الأبخرة على سطح الرقيقة وفق تناسق منظم بناء على البعد البلوري لكل مادة.
في العقود الماضية بذلت جهود حثيثة لاستخدام هذه الطريقة ولكن على رقائق السليكون، ونظرا لاختلاف البعد البلوري بين السليكون والجرمانيوم أو الجاليوم أرسنايد فان البلورات الناتجة تتميز غالبا برداءتها واحتوائها على العديد من العيوب.
أما الطريقة التي طورها ذمرين فتتميز ببساطتها وقدرتها على إنتاج بلورات الجرمانيوم-سليكون على سطح السليكون بأقل عيوب بلورية وبسمك يتعدى الستة ميكرومترات مقارنة بأقل من ميكرون واحد للطرق الأخرى.
يذكر أن الباحث ذمرين قد حصل على ثلاث براءات اختراع سابقا من ضمن ثمانٍ قيد التسجيل، كانت الأولى في يونيو 2010 في مجال إنتاج الخلايا الشمسية ذات القطبية السالبة، بينما حصل على براءتي الاختراع الأخيرتين خلال عامي 2012 و2013 على التوالي في مجال صناعة موصلات الخلايا الشمسية والمركبات الموصلة للخلايا.
وسجل الباحث براءات اختراعاته لدى مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية في الولايات المتحدة، واليابان وألمانيا والصين بالاشتراك مع جامعة طوكيو للزراعة والتكنولوجيا الموفد إليها من جامعة صنعاء، وبالاشتراك مع شركات يابانية ستتولى تصنيع رقائق السليكون والسليكون جرمانيوم الهجينة وبيعها.
* صحفي يمني متخصص في الشؤون العلمية
