دكتورة ايناس مصطفى: اكتشفت طرق مبتكرة لتحسين كفاءة احدى الخلايا الشمسية البوليمرية بمعالجة حرارية للطبقة الخاصة بامتصاص أشعة الشمس وتحويلها لكهرباء
حصلت الدكتورة إيناس مصطفى محمد عبد الغفار، مدرس مساعد بقسم علوم وهندسة الطاقة المتجددة بكلية الدراسات العليا للعلوم المتقدمة جامعة بنى سويف، على براءة اختراع إسبانية برقم (P202131074, Spanish patent ) أثناء اجراء دراسة الدكتوراه الخاص بها فى جامعة روفيرا أى فيرجيلى (Rovira i Virgili University) فى إسبانيا والتى حصلت عليها من خلال فوزها بمنحة دراسية ممولة من الحكومة الإسبانية.
أشارت الباحثة إيناس مصطفى فى حوار لـ"اليوم السابع"، إلى أنها اكتشفت طرق مبتكرة لتحسين كفاءة احدى الخلايا الشمسية البوليمرية بعد قيامها بمعالجة حرارية للطبقة الخاصة بامتصاص أشعة الشمس وتحويلها لكهرباء حيث استطاعت من خلال هذه المعالجة تحسين التيار دون حدوث أى خلل فى فرق الجهد الكهربائى مما أدى إلى تحسين كفاءة الخلية الشمسية المعالجة.
تقول ايناس مصطفى إنه من المتعارف عليه أننا نعتمد على الطاقة بأشكال مختلفة لأداء الأنشطة اليومية مثل شحن الأجهزة الإلكترونية لدينا، ومشاهدة التلفزيون، والتنقل إلى العمل، وغسل الملابس، وتسخين الطعام فى الميكروويف. ومصدر شائع للكهرباء، الذى يعد ضروريًا لكثير من هذه الأنشطة، هو عادة توليدها من خلال توربينات البخار المغذاة بالوقود الأحفورى مثل الفحم والغاز الطبيعى والنفط، أو من خلال الطاقة النووية. ومع ذلك، فإن الطبيعة المحدودة للوقود الأحفورى وتأثيراته السلبية على البيئة والصحة العامة، بالإضافة إلى المخاطر المرتبطة بالمواد النووية، جعلتها تفكر فى اجراء تجارب علمية تؤدى إلى احتمالية استخدام مصادر بديلة للطاقة المتجددة والصديقة للبيئة والمستدامة والتى أصبحت مرغوبة مثل الطاقة الهيدروكهربائية وطاقة الرياح والطاقة الجيوثيرمالية وطاقة الشمس.
وأضافت أنها فى هذا البحث الحاصل على براءة اختراع إسبانية اختارت إحدى هذه البدائل وهى الطاقة الشمسية لكى تجرى عليها تجاربها العملية نظرًا لأنها أكثر مصدر للطاقة المتجددة والوفيرة فى العالم كما أنها مصدر نظيف للتنقل والتدفئة والتبريد والكهرباء.
وترى ايناس مصطفى أن أجهزة الخلايا الشمسية هى أحد السبل الواعدة لاستخدام الطاقة الشمسية من الشمس وتحويلها لمصدر نظيف للطاقة الكهربائية حيث أثارت خلايا الطاقة الشمسية البوليمرية اهتمامًا فى السنوات الأخيرة كبديل محتمل لخلايا الطاقة الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون والتى تتميز بكفاءة تصل إلى 20٪. تُصنع هذه الخلايا من مواد بوليمرية وتوفر العديد من المزايا، مثل تكلفة أقل وقدرتها على الانحناء والخفة. ومع ذلك، فإن أحد التحديات الرئيسية التى تواجه هذا النوع من الخلايا هو كفاءتها المنخفضة نسبيًا مقارنة بالخلايا التقليدية.
وقالت الباحثة إيناس مصطفى محمد عبد الغفار أنها قامت أثناء فترة اعداد دراسة الدكتوراه الخاصة بها بالتعاون مع فريق بحثى متخصص فى أنظمة النانوإلكترونيات والفوتونات (NePhoS) بقسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية فى جامعة روفيرا أى فيرجيلى، بالعمل على دراسة الخلايا الشمسية البوليمرية منذ سنوات وتطبيق بعض الطرق المبتكرة لتحسين كفاءة هذا النوع من الخلايا ونشر هذه الطرق فى العديد من المجلات العالمية المتخصصة فى الخلايا الشمسية.
وفى مشروعها الأخير، قالت إيناس أنها مصطفى تقدمًا كبيرًا من خلال دمج مواد النصف موصلات البوليمرية كطبقة نشطة فى الخلية الشمسية البوليمرية والتى تحول الإشعاع الشمسى إلى كهرباء. وذلك عن طريق إجراء العديد من الاستراتيجيات لتعزيز أداء خلايا الطاقة الشمسية العضوية. والجدير بالذكر أنها قامت بتنفيذ استراتيجية جديدة تُدعى "المعالجة المسبقة الحرارية (Pre-Thermal (Treatment -Pre-TT)" من خلال تنشيط المواد البوليمرية "PEDOT: PSS / PM6: Y7" أثناء تصنيع الخلايا الشمسية مما ساهم بشكل كبير فى تحسين أداءها نتيجة الزيادة غير المسبوقة فى كثافة التيار.
وأظهرت نتائج المشروع البحثى أن السبب الرئيسى لتحسين هذا النوع من الخلايا هو التوازن بين حركة الإلكترونات والفجوات، وكشف المشروع عن التيار الاستثنائى المُولد الذى نتج عنه تحسين الأداء. لهذا، الطريقة المسبقة الحرارية
(Pre- TT) تعد استراتيجية سهلة لتحسن نقل الشحنة بين الواجهات، وتسمح بتوازن حركية الإلكترون الفجوة، وبالتالى تعزز أداء الخلايا الشمسية.
وتابعت الباحثة إيناس مصطفى أن النهج المسبق للتسخين (Pre-TT) قد يكون نهجًا واعدًا للتغلب على بعض القيود المتعلقة بالخلايا الشمسية البوليمرية وجعلها أكثر تنافسية مع الخلايا التقليدية. كما تعتقد أن هذا النهج يمكن تطبيقه بسهولة للاستخدام التجارى، مما يجعله خيارًا قابلًا للتطبيق فى إنتاج الخلايا الشمسية البوليمرية بكميات كبيرة. يمكن أن يؤدى استخدام المواد البوليمرية فى الخلايا الشمسية إلى تطوير مصادر طاقة أكثر اقتصادية واستدامةً.
الباحثة ايناس مصطفى
براءة الاختراع
دكتورة ايناس .
دكتورة ايناس مصكلى
دكتورة ايناس
