على طاولة المختبر: مزيج من نوعين من المواد النانوية بخصائص بصرية مختلفة
الطاقة الشمسية هي المستقبل، لكن التكنولوجيا لا تزال بعيدة عن الكمال. أولا، تفقد الخلايا الكهروضوئية، أو الألواح الشمسية، كفاءتها مع مرور الوقت، وتتكسر وتلوث بيئتها. وحتى الألواح الحديثة لا تستخدم الطاقة الشمسية التي تصلها بكفاءة كافية. ما هو السؤال؟ كيف يمكنك توسيع مجال امتصاص الألواح الشمسية، واستخدام المزيد من الطاقة من الشمس؟
لحل المشكلة الأولى، قام البروفيسور ليوز إتجار من معهد الكيمياء في الجامعة العبرية في القدس بتطوير خلايا شمسية ذات بنية فريدة من نوعها، تعتمد على مادة البيروفسكايت. الهيكل الفريد لهذه الخلايا الشمسية يجعل من الممكن غسلها، وإزالة البيروفسكايت ودمج واحدة جديدة في مكانها - وبالتالي توفير الحاجة إلى تصنيع لوحة جديدة في مكانها.
نحاول التعرف على التفاعل بين هاتين المادتين والتمتع بخصائصهما بهدف توسيع طيف الامتصاص للألواح الشمسية
لكن البيروفسكايت وحده لا يزيد من كفاءة تحويل الطاقة للألواح الشمسية. يوضح البروفيسور إتجار: "في بحثنا الجديد، المدعوم بمنحة بحثية من مؤسسة العلوم الوطنية، نحاول مزاوجة نوعين من الجسيمات النانوية، وكلاهما من أشباه الموصلات بخصائص بصرية مختلفة - البيروفسكايت وكبريتيد الرصاص".
"في حين أن البيروفسكايت يمتص بشكل رئيسي الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الضوء المرئي، فإن كبريتيد الرصاص يتفوق في امتصاص الأشعة تحت الحمراء. نحاول التعرف على التفاعل بين هاتين المادتين والاستمتاع بخصائص كليهما، بهدف توسيع طيف الامتصاص للألواح الشمسية - من الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء، وبالتالي الاستمتاع باستغلال أكثر كفاءة لطاقة الشمس. ".
ويؤكد البروفيسور إتجار أن توفير الطاقة كبير حتى لو تم استخدام البيروفسكايت فقط في الخلايا الشمسية. ويقول: "إن الخلايا الشائعة في السوق اليوم تعتمد على السيليكون. ومن وجهة نظر حيوية، فإن الجيل الجديد من الخلايا الشمسية المعتمدة على البيروفسكايت ينتج طاقة تعادل على الأقل الطاقة التي تنتجها خلايا السيليكون". . لكن السهولة والبساطة والتكلفة في إنتاج خلايا البيروفسكايت تغير الصورة: لا تحتاج إلى معدات باهظة الثمن ومتطورة لإنتاج خلايا البيروفسكايت، ولا تحتاج إلى ظروف معملية معقمة وغرف نظيفة، وكل هذا يخفض التكاليف بشكل كبير ويصنع الحياة أسهل بكثير. إذا تمكنا من زيادة كفاءة الخلايا بإضافة كبريتيد الرصاص - فما الفائدة. ولكننا نقدم بالفعل كفاءة مماثلة بتكاليف أقل للشركة المصنعة والمستهلك، وبالطبع البيئة."
هناك تطبيق آخر محتمل لدمج البيروفسكايت وكبريتيد الرصاص في الأجهزة التي ينبعث منها الضوء، والتي نستخدمها جميعًا في الشاشات.
"إن نفس مبادئ الألواح الشمسية تعمل أيضًا في أجهزة التلفزيون والكمبيوتر لدينا"، يوضح البروفيسور إتجار. "من التجارب التي أجريناها في المختبر، نرى بالفعل أن كبريتيد الرصاص يمتص ضوء الأشعة تحت الحمراء وينبعث الطاقة في نطاق الضوء المرئي، مما يعني أنه من الممكن زيادة شدة الضوء المرئي. عندما ننظر إلى الشاشة نرى الكثير من البكسلات بألوان مختلفة. يتم توصيل الشاشة بالكهرباء، أو بالبطارية، التي توفر الطاقة التي تؤدي إلى انبعاث الضوء. إذا تمكنا من تحويل طيف الأشعة تحت الحمراء إلى الطيف المرئي، فسيتعين علينا استثمار طاقة أقل لتشغيل هذه الشاشة. لا يهدف توفير الطاقة إلى خفض فاتورة الكهرباء فحسب، بل يهدف أولاً وقبل كل شيء إلى حماية البيئة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح لنا البيروفسكايت بضبط الطاقة التي تنبعث منها بحيث نحصل على وضوح الألوان الذي لا يمكن الحصول عليه بمواد أخرى - وهو ما سيؤدي أيضًا إلى تحسين جودة الصورة.
يقول البروفيسور إتجار: "أنا أركض من أجل المتعة". "أركض عادة لمسافة 15 كيلومترا تقريبا، وعدة مرات في الأسبوع أركض لمسافات أطول - ما يصل إلى نصف الماراثون. ليس للمنافسة، بل للمتعة فقط."
