2019-07-08
توصل باحثون من الولايات المتحدة لتقنية جديدة لرفع كفاءة الخلايا الشمسية بشكل هائل. وبموجب هذه الطريقة يطلق جزيء ضوئي، فوتون، حركة إلكترونين، بشكل يؤدي إلى توليد تيار كهربائي، وذلك بعد أن كان كل فوتون يطلق إلكتروناً واحداً، حتى الآن.
ونشر الباحثون تحت إشراف ماركوس أينتسنجر ومارك بالدو من معهد ماساشوسيتس للتقنية في مدينة كامبريدج الأمريكية، دراستهم بهذا الشأن اليوم الاثنين في مجلة «نيتشر» المتخصصة.
تمتلك الأشعة الضوئية الزرقاء والخضراء موجات أقصر من الأشعة الأخرى، وفي مقابل ذلك فإن جزيئاتها الضوئية «الفوتونات» تحتوي على طاقة أكثر، حيث يمكن أن تكفي الطاقة التي بداخلها، حسب العلماء، لإطلاق إلكترونين من نواتهما، في السيلكون.
وكانت هذه الطاقة تضيع حتى الآن على شكل إشعاع حراري.
أدرك الفيزيائي الأمريكي ديفيد ديكستر، عام 1979 بالفعل، أن هذه التقنية ممكنة بشكل عام: فإذا صنعت الطبقة العليا للخلايا الشمسية من هيدروكربون التتراسين، فمن الممكن الحصول من أحد الفوتونات الغنية بالطاقة على أكسيتونين، مستويين من الطاقة، بدلاً من واحد فقط.
الأكسيتونات هي حزم طاقة، تستطيع التحرك مثل الإلكترونات في المادة.
وكانت صعوبة تحقيق ذلك تكمن في نقل هذين الأكستونين الناتجين عن فوتون، من التيتراسين للسيليكون، بشكل يؤدي أيضاً إلى إطلاق حركة إلكترونين في السيليكون، وذلك لفقدان تيار كهربائي بشكل متكرر عند سطح السيليكون.
ويعتقد الباحثون أنه من الممكن رفع الكفاءة الممكنة نظرياً في الوقت الجاري للخلايا الشمسية عند تحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربائي من 29.1% إلى نحو 35%، باستخدام المبدأ الجديد.
رأى كل من جوزيف لوثر و جوستين جونسون، من المختبر القومي الأمريكي للطاقة المتجددة، بمدينة غولدن، (ولاية كولورادو الأمريكية) أن هذه الخطوة «تمثل دفعة مثيرة للخلايا الشمسية».
ورغم تأكيد الخبيرين الأمريكيين على أنه لا تزال هناك سنوات أمام الاستخدام التجاري لهذه التقنية، أوضحا أن هذه الطريقة تتميز بميزة عن غيرها من محاولات رفع كفاءة الخلايا الشمسية، «فهذه الاستراتيجية لا تتطلب اتصالات كهربية إضافية أو تغيرات في تشغيل الخلية الشمسية».
ونشر الباحثون تحت إشراف ماركوس أينتسنجر ومارك بالدو من معهد ماساشوسيتس للتقنية في مدينة كامبريدج الأمريكية، دراستهم بهذا الشأن اليوم الاثنين في مجلة «نيتشر» المتخصصة.
تمتلك الأشعة الضوئية الزرقاء والخضراء موجات أقصر من الأشعة الأخرى، وفي مقابل ذلك فإن جزيئاتها الضوئية «الفوتونات» تحتوي على طاقة أكثر، حيث يمكن أن تكفي الطاقة التي بداخلها، حسب العلماء، لإطلاق إلكترونين من نواتهما، في السيلكون.
وكانت هذه الطاقة تضيع حتى الآن على شكل إشعاع حراري.
أدرك الفيزيائي الأمريكي ديفيد ديكستر، عام 1979 بالفعل، أن هذه التقنية ممكنة بشكل عام: فإذا صنعت الطبقة العليا للخلايا الشمسية من هيدروكربون التتراسين، فمن الممكن الحصول من أحد الفوتونات الغنية بالطاقة على أكسيتونين، مستويين من الطاقة، بدلاً من واحد فقط.
الأكسيتونات هي حزم طاقة، تستطيع التحرك مثل الإلكترونات في المادة.
وكانت صعوبة تحقيق ذلك تكمن في نقل هذين الأكستونين الناتجين عن فوتون، من التيتراسين للسيليكون، بشكل يؤدي أيضاً إلى إطلاق حركة إلكترونين في السيليكون، وذلك لفقدان تيار كهربائي بشكل متكرر عند سطح السيليكون.
ويعتقد الباحثون أنه من الممكن رفع الكفاءة الممكنة نظرياً في الوقت الجاري للخلايا الشمسية عند تحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربائي من 29.1% إلى نحو 35%، باستخدام المبدأ الجديد.
رأى كل من جوزيف لوثر و جوستين جونسون، من المختبر القومي الأمريكي للطاقة المتجددة، بمدينة غولدن، (ولاية كولورادو الأمريكية) أن هذه الخطوة «تمثل دفعة مثيرة للخلايا الشمسية».
ورغم تأكيد الخبيرين الأمريكيين على أنه لا تزال هناك سنوات أمام الاستخدام التجاري لهذه التقنية، أوضحا أن هذه الطريقة تتميز بميزة عن غيرها من محاولات رفع كفاءة الخلايا الشمسية، «فهذه الاستراتيجية لا تتطلب اتصالات كهربية إضافية أو تغيرات في تشغيل الخلية الشمسية».