أبوظبي - مينا هيرالد: أعلن اليوم معهد مصدر للعلوم والتكنولوجيا، الجامعة البحثية للدراسات العليا التي تركز على الطاقة المتقدمة والتقنيات المستدامة، والمندرج ضمن جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا التي تم تأسيسها مؤخراً، عن نشر أول مقالة علمية له في مجلة "نيتشر" المحكّمة المرموقة، وذلك حول مشروع بحثي مشترك بين معهد مصدر ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT).
وتعتبر مجلة "نيتشر" العلمية متعددة التخصصات الأكثر اقتباساً على مستوى العالم. ويركز المشروع، الذي ذُكر على غلاف العدد الحالي لمجلة "نيتشر"، على تطوير طريقة مبتكرة ومنخفضة التكلفة لتصنيع المواد شبه الموصلة عالية الفعالية. ويتولى قيادة هذا المشروع كل من الدكتور إبراهيم المنصوري، أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب في معهد مصدر؛ والدكتور جيهوان كيم، أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والذي يندرج في إطار التعاون البحثي بين المعهدين.
وتعليقاً على هذا الإنجاز، قال الدكتور ستيف غريفيث، نائب الرئيس للأبحاث في معهد مصدر: "نحن فخورون بنجاح الدكتور ابراهيم المنصوري والدكتور جيهوان كيم، الباحث الرئيسي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في نشر ورقة علمية حول مشروعهما المشترك في مجلة ’نيتشر‘، وهو ما يعكس جودة وأهمية هذا المشروع الذي يجري في معهد مصدر وأهمية التعاون مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ويهدف معهد مصدر إلى النهوض بالعلوم والهندسة في القطاعات الرئيسية المهمة لدولة الإمارات، وما هذا المشروع إلا مثال على نجاح جهود المعهد في هذا السياق".
وجاءت المقالة تحت عنوان "تكوين وفصل طبقات مماثلة اعتماداً على مادة الجرافين ثنائية الأبعاد"، حيث تسلط الضوء على تطوير عملية منخفضة التكلفة وتوظف مادة الجرافين في تصنيع مركّبات العناصر الثالثة/الخامسة شبه الموصلة، وتدعى ذلك لكونها تجمع عناصر من المجموعتين الثالثة والخامسة من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، بما فيها "زرنيخيد الغاليوم"، و"فوسفيد الغاليوم"، و"فوسفيد الإنديوم". وبذلك يمكن الحصول على هذه المواد عالية الكفاءة بتكلفة معقولة تنافس الثمن المنخفض لمادة السيليكون.
ومن شأن هذا المشروع البحثي أن يعطي دفعة كبيرة لعدد من المجالات الهامة، مثل الخلايا الشمسية الكهروضوئية، والإلكترونيات الدقيقة، والأجهزة الإلكتروضوئية. وهذا يتماشى بشكل مباشر مع أهداف الاستراتيجية الوطنية للابتكار في الإمارات التي تدعو إلى النهوض بالابتكار في سبعة قطاعات رئيسية، من ضمنها قطاعي الطاقة والتكنولوجيا.
وتعتبر مادة السيليكون المادة شبه الموصلة الأكثر استخداماً في تصنيع الخلايا الشمسية، ورقاقات الحواسيب، وغيرها من الأجهزة الإلكترونية، وذلك لثمنها المنخفض للغاية. في حين أن مركبات العناصر هذه تتفوق في كفاءتها على السيليكون، وإن استخدامها في الأجهزة الإلكترونية سيزيد من سرعتها وإمكاناتها الحوسبية. فالخلايا الشمسية المصنعة من مركبات العناصر الثالثة/الخامسة شبه الموصلة تتسم بكفاءة وقدرة أكبر من السيليكون على تحويل أشعة شمسية ذات أطوال موجية مختلفة إلى كهرباء.
ونظراً لانخفاض تكلفة الخلايا الشمسية المصنعة من السيلكيون، فقد تم حصر استخدام الخلايا الشمسية المصنعة من مركبات العناصر شبه الموصلة هذه في تطبيقات معينة مثل الأقمار الصناعية وغيرها من الاستخدامات الخاصة التي ترتفع تكلفتها مقابل الحصول على كفاءة عالية وتقليل الحجم والوزن. وتعدّ تكلفة الخلايا الشمسية المصنعة من هذه المركبات حالياً أعلى بمقدار 30 إلى 200 ضعف من الخلايا المصنعة من السيليكون.
وأوضح الدكتور جيهوان كيم بقوله: "بمجرد التمكن من خفض تكلفة تصنيع مركبات العناصر شبه الموصلة، سوف ينضم باحثون آخرون لهذه الجهود لإدخال تحسينات على مناحي أخرى من عملية التصنيع. وبكل تقدم نحرزه في هذا السياق، سوف تنفتح آفاقاً أوسع لمزيد من الاستخدامات، خصوصاً في عملية توليد الكهرباء التي تتعزز بفضل كفاء الخلايا الشمسية المصنعة من مركبات العناصر الثالثة/الخامسة، وفي الأجهزة الإلكترونية المحمولة، حيث تستخدم هذه المركبات منخفضة التكلفة في أجهزة الحوسبة والاستشعار ذات الصلة بتقنيات إنترنت الأشياء".
وحسب الدكتور المنصوري، فإن العملية الجديدة التي عمل فريق العمل على تطويرها يمكن أن تسهم في تعزيز كفاءة وخفض تكلفة تصنيع مركّبات العناصر شبه الموصلة هذه وبالتالي إتاحة المجال لاستخدامها في التطبيقات الأرضية مثل الخلايا الشمسية، وأجهزة الكشف الضوئية، وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والإلكتروضوئية، فضلاً عمّا تتميز به من خفة وزن.
وتتمحور هذه التقنية التي تعاون في تطويرها الدكتور المنصوري والدكتور كيم حول تشكيل طبقة من مركبات العناصر الثالثة/الخامسة كمواد شبه موصلة فوق طبقة شبه موصلة من نفس المواد، وتفصل بينهما طبقة من الجرافين. وبذلك يتم تشكيل طبقة علوية من المواد شبه الموصلة ونزعها دون التأثير على طبقة الجرافين والطبقة الأساسية التي تبقى بحالة جيدة ليعاد استخدامها مرات عديدة.
وقال الدكتور المنصوري: "يتمثل التحدي الأكبر في كافة الطرق المستخدمة حالياً في نزع طبقات المواد شبه الموصلة المتشكّلة والحفاظ على الطبقة الأساسية الباهظة الثمن ليُعاد استخدامها من جديد. فالأساليب التقليدية المتبعة في نزع الطبقة العلوية المتشكلة من المواد شبه الموصلة تتسبب في تلف الطبقة الأساسية، ما يتطلب تغييرها بالكامل أو اخضاعها لعملية صقل ميكانيكية وبالتالي زيادة التكلفة".
ويأتي هذا المشروع المشترك استكمالاً للاكتشاف العلمي الذي توصل له الدكتور كيم عند انضمامه لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. غير أن الطريقة الجديدة التي يشرح عنها فريق العمل في المقالة المنشورة قد توسعت في مفهوم "تشكيل وفصل الطبقات المماثلة" ليشمل العديد من مركبات العناصر شبه الموصلة هذه وتسريع عملية فصل الطبقات المتشكّلة.
ويجري هذا البحث في إطار مشروع بحثي مشترك بين باحث من معهد مصدر وآخر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وهو بعنوان " تصنيع مركبات عالية الفعالية من العناصر الثالثة/الخامسة على خلايا كهروضوئية من السيليكون باستخدام أسلوب متقدم لتشكيل الطبقات".
