في الآونة الأخيرة، حقق المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، وهو جزء من وزارة الطاقة الأمريكية، تقدمًا ثوريًا عندما طور منهجية إثبات المفهوم المصممة لإزالة البوليمرات تمامًا من تصنيع الألواح الشمسية، مما أدى إلى إنتاج أكثر كفاءة وفعالية. إعادة التدوير صديقة للبيئة.
لقد تم الإشادة بالألواح الشمسية منذ فترة طويلة بسبب قابليتها لإعادة التدوير. ومع ذلك، فإن الطبقات البلاستيكية الرقيقة المستخدمة في عملية التصنيع تمثل تحديات تعيق إعادة التدوير بكفاءة للمواد القيمة مثل السيليكون والفضة.
ولمواجهة هذا التحدي، اتخذ فريق البحث في NREL نهجًا مختلفًا وتوصل إلى حل مبتكر لتنفيذ اللحام من الزجاج إلى الزجاج مباشرة في الخلايا الشمسية.
يكمن جوهر هذا الحل في استخدام تقنية ليزر الفيمتو ثانية بالأشعة تحت الحمراء. ومن خلال التحكم الدقيق في نبض الليزر، يتم تركيز الطاقة على منطقة معينة من اللوحة الشمسية في فترة زمنية قصيرة جدًا، مما يؤدي إلى إنشاء لحام قوي من الزجاج إلى الزجاج. ومن الجدير بالذكر أن تقنية ليزر الفيمتو ثانية قد تم بالفعل استخدامها على نطاق واسع في مجال جراحة العيون الطبية، مثل جراحة المياه البيضاء، وتم التحقق من سلامتها وموثوقيتها بشكل كامل.
مع اللحام بالليزر، يتم التخلص تمامًا من الحاجة إلى شرائح بلاستيكية في الألواح الشمسية، وبالتالي تبسيط عملية إعادة التدوير إلى حد كبير. في نهاية عمر الخدمة للوحة، يمكن بسهولة كسر هذه الوحدات المصنوعة عن طريق اللحام بالليزر، ويمكن إعادة تدوير الأسلاك الزجاجية والمعدنية الموجودة بها دون أي مشاكل، ويمكن إعادة استخدام مادة السيليكون.
وقال ديفيد يونغ، أحد كبار العلماء في مجموعة الخلايا الكهروضوئية البلورية الفعالة في قسم الكيمياء وعلم النانو في NREL: "هناك إجماع عام بين معظم القائمين على إعادة التدوير على أن البوليمرات هي المشكلة الرئيسية التي تعيق عملية إعادة التدوير. ومن المؤكد أن ظهور تقنيتنا يفتح المجال أمام مجموعة جديدة تمامًا من الإمكانيات لإعادة تدوير الألواح الشمسية."
تم نشر البحث في مجلة IEEE للخلايا الكهروضوئية. ويشير فريق البحث إلى أن تقنية اللحام بالليزر تتمتع بنطاق واسع من التطبيقات، ليس فقط بالنسبة لمواد السيليكون، ولكن أيضًا مع مجموعة متنوعة من المواد مثل الكالسيت وتيلوريد الكادميوم. نظرًا لطبيعة الليزر عالية التركيز، تقتصر الحرارة المتولدة على نطاق صغير جدًا ولا تسبب ضررًا لمواد البطارية. وفي الوقت نفسه، فإن قوة اللحامات داخل الزجاج مماثلة لتلك الموجودة في الزجاج نفسه، مما يضمن استقرار الوحدة ومتانتها على المدى الطويل.
يشرح يونغ أيضًا، "طالما أن الزجاج نفسه لم ينكسر، فإن اللحامات لن تسبب مشاكل. علاوة على ذلك، فإن صلابة الوحدة الملحومة تتحسن بشكل كبير بسبب غياب البوليمر بين قطع الزجاج. ويظهر بحثنا أنه مع الاستخدام المناسب تركيب وتعديل الميزات المنقوشة للزجاج المدرفل، يمكن أن تصبح الوحدة الملحومة صلبة بما يكفي لتلبية متطلبات اختبار الحمل الثابت.
في الماضي، حاول الباحثون إغلاق الحواف باستخدام ليزر النانو ثانية وحشوات الزجاج، لكن النتائج لم تكن مواتية. الطبيعة الهشة للحامات جعلتها غير مناسبة لتصميمات الوحدات الخارجية. في المقابل، فإن تقنية اللحام بالليزر الفيمتو ثانية التي طورتها NREL تحقق قوة إغلاق فائقة بجزء بسيط من التكلفة، مما يوفر تقنية قوية لإعادة تدوير الألواح الشمسية.
يتم دعم هذا البحث من قبل تحالف مواد الوحدة المتينة، المخصص لإطالة عمر الألواح الشمسية إلى 50 عامًا وما بعدها. ومن خلال تقنية الليزر المبتكرة الخاصة بـ NREL، يمكننا أن نتوقع تحقيق إعادة تدوير أكثر كفاءة وصديقة للبيئة للألواح الشمسية في المستقبل، مما يساهم في التنمية المستدامة للطاقة المتجددة.
