تهدف حزمة البحوث التي تُجرى في المجال الكهروضوئي إلى تطوير وبناء واختبار وتطبيق التكنولوجيا الكهروضوئية حسب الطلب في قطر والمنطقة، والتي بدورها ستساعد في انتشار استخدام الطاقة الشمسية على نطاق واسع في البلاد.

تشمل هذه الحزمة من البحوث ما يلي:

• تقييم التكنولوجيا
• تطوير التكنولوجيا

تتألف أنشطة التقييم التكنولوجي من مراقبة أداء معظم التقنيات الكهروضوئية المتاح استخدامها اليوم في البيئة القطرية؛ بغرض تحديد أكثر هذه التقنيات مناسبة لاستخدامها في أنحاء قطر. وقد وفرت المدخلات التي قدمها معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة بعد تقييمه الكامل لهذه التقنيات على أساس البيانات التي جُمعت عبر أربع سنوات، وزود الجاهات المعنية بنظرة متعمقة في كيفية أداء هذه التقنيات الكهروضوئية لدورها تحت الظروف المناخية في قطر.

تركز أنشطة التطوير التكنولوجي على التصدي لاثنين من التحديات التقنية الكبرى المتعلقة بالبيئة الصحراوية:

• أ) تصميم وتصنيع الخلايا الشمسية ذات الأداء الأفضل في ظل المناخ القطري؛ و
• ب) الحد من التأثير السلبي للغبار ودرجات الحرارة العالية على أداء الألواح الكهروضوئية. 

كما تشتمل أنشطة البحوث والتطوير على عملية تطوير للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون التي تتميز بمقاومة عالية للانحلال في درجات الحرارة العالية، وتوليف طبقات من الطلاء المقاومة للغبار، والتي تساعد في السيطرة على تلوث الألواح، ومن تقليل الفاقد في الطاقة. 

إضافة إلى ذلك، يعمل العلماء بمعهد قطر لبحوث البيئة والطاقة على مزج التجارب والمحاكاة العددية؛ بغرض استكشاف مواد بيروفسكايت جديدة تنشأ وتكون بديلاً واعدًا لتقنيات السيليكون الكهروضوئية. 

ملخص الأنشطة البحثية

يعمل معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة من خلال حزمة البحوث الكهروضوئية عن كثب مع المعهد الفدرالي للتكنولوجيا في لوزان بسويسرا؛ بغرض تحسين تصميم خلايا السيليكون البلوري والخلايا الشمسية من السيليكون شبه الأحادي. وقد تحقق تحسن كبير في جودة رقائق السيليكون البلوري شبه الأحادية من خلال المعالجة الهندسية للعيوب، ما يفسح المجال لإنتاج خلايا شمسية عالية الكفاءة. وقد نجح العلماء الذين انخرطوا في هذا التعاون في تصميم وتصنيع خلية شمسية من السيليكون بكفاءة 20.3% مستخدمين سيليكون شبه احادي وقليل التكلفة.

يتعاون العلماء في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة مع مركز فراونهوفر للأبحاث الكهروضوئية والسيليكون في فحص موثوقية الوحدة بما في ذلك إجراء الاختبارات الداخلية للوائح الكهروضوئية في مركز فراونهوفر بألمانيا، وإجراء اختبارات خارجية في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة. 

جاري العمل على التقنيات الناشئة، بما فيها تطوير الخلايا الشمسية على أساس تقنية بيروفيسكايت، مع التركيز على الاستقرار والثبات واستبدال العنصر السام، واستخدام مواد نقل الثقوب / الاكترونات الجديدة.

يتم اختبار تقنيات الطباعة بالحبر النافث لتصنيع الأدوات وتوليف الطبقات الخارجية. وبالتعاون مع مركز هلمهولتز في برلين بألمانيا، ينخرط علماء معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة في عملية انتاج أول خلية شمسية باستخدام طبقات وظيفية مطبوعة بالطابعات النافثة للحبر نقطة عند الحاجة تتمتع بكفاءة حتى 11.3% باستخدام مواد Cu(In,Ga)(S,Se)2 الماصة.

تم تحديد سلسلة من المواد الجديدة ذات الإمكانات العالية لتصميم الخلايا الشمسية عن طريق الحسابات الذرية، وهناك محاولات لتوليف بعضًا من هذه المواد تجري في الوقت الحالي.

ويتم تطوير كود للمحاكاة الكهروضوئية لتحليل الخلايا الشمسية غير المتجانسة وفقًا لحلول خوارزمية جديدة. 

جاري العمل على تطوير تقنيات جديدة ومضادة للتلوث، وجاري اختبار نوعيات مختلفة من طبقات الطلاء التجارية والمضادة للغبار في منشآت اختبار الطاقة الشمسية.

تم تركيب واختبار الألواح الكهروضوئية ذات الوجهين والتي تنتج طاقة أكثر لأنها تجمع الضوء الذي يسقط عليها بطريقة مباشرة وكذلك الضوء المنعكس من الأرض (البيدو)، وتُجرى الدراسات بغرض تحليل انتاجيتها في ظل ظروف متنوعة، وكذلك لتحسين ترتيبها لصالح ملف التحميل المعطى.