حقق الباحثون طفرة في زيادة كفاءة الخلايا الشمسية

يعتقد الباحثون في جامعة بن غوريون في النقب والتخنيون أن مصيدة الضوء المبتكرة تسمح بزيادة إنتاج الطاقة بنسبة 30% من الخلايا الشمسية الرقيقة للغاية

يعتقد الباحثون في جامعة بن غوريون في النقب والتخنيون أن مصيدة الضوء المبتكرة تمكن من زيادة إنتاج الطاقة بنسبة 30٪ من الخلايا الشمسية الرقيقة للغاية. تم تطوير هذه الطريقة للخلايا المعتمدة على الهيماتيت (نوع من أكسيد الحديد) المصممة لإنتاج الهيدروجين من الماء، ولكنها مناسبة أيضًا لأنواع أخرى من الخلايا. وتستخدم هذه الطريقة وسائل بصرية بسيطة فقط، وهو ما يزيد من استدامتها وجدواها الاقتصادية.

تم إجراء البحث كجزء من التعاون بين البروفيسور أفنير روتشيلد من قسم المواد في التخنيون والدكتور آفي نيف من قسم ألكسندر يارسين للطاقة الشمسية والفيزياء البيئية في معهد يعقوب بلاوستين لأبحاث الصحراء.
وقد نشرت النتائج مؤخرا في مجلة كيمياء المواد أ

يقول الدكتور نيف: "إن العثور على طريقة لاستخدام الشعاع الضوئي للخلايا الرقيقة للغاية، كما فعلنا هنا، يمكن أن يكون نقطة مهمة بالنسبة للخلايا الشمسية المستقبلية". ومن الطرق التي يمكن من خلالها زيادة الكفاءة الاقتصادية للخلايا الشمسية هو استخدام طبقات أرق ممتصة للضوء، وهي الجزء من الخلية الذي يحول الضوء إلى كهرباء. ويتمثل التحدي في تحسين طبقة الامتصاص مع الحفاظ على قيمة كبيرة للامتصاص الكلي للخلية. ولهذا الغرض هناك طرق لالتقاط الضوء. يؤدي محاصرة الضوء داخل الخلية إلى مسار بصري أطول مما يؤدي أيضًا إلى امتصاص أكبر. وعلى مدى أكثر من أربعة عقود، كان التحسن في طرق الالتقاط يسير جنبًا إلى جنب مع الخلايا الأقل سمكًا، والتي كانت بالتالي أرخص وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

الجيل القادم من الخلايا الشمسية مطلوب لإنتاج المزيد من الطاقة بتكلفة أقل. ومن طرق تلبية هذه المتطلبات فحص الطبقات النشطة التي لا يتجاوز سمكها الطول الموجي لضوء الشمس نفسه، وهو ما لا يسمح باستخدام الالتقاط المعتمد على الأشعة. ولهذا السبب تم تطوير طرق التقاط الضوء بناءً على الطبيعة الموجية للضوء في السنوات الأخيرة. وعلى الرغم من التطور الكبير الذي حدث في الموضوع، إلا أن هذه الطرق لا تزال لا تنافس الطرق المعتمدة على الأشعة من الناحية التطبيقية. ولذلك، عاد الباحثون إلى بصريات الأشعة ونجحوا في تطوير طريقة تجمع بين حصر الأشعة مع امتصاص موجة الضوء. وقد تم تحقيق ذلك من خلال إنشاء فصل هيكلي بين مواقع الحبس والإحاطة داخل الخلية. يتم التقاط الضوء أولاً في طبقة سميكة دون فقد، ثم يتم تغذية الامتصاص في الطبقة النشطة التي يكون سمكها أقل من الطول الموجي. وبهذه الطريقة أظهر الباحثون زيادة تزيد عن 30% في قوة الخلية. ويتوقع الباحثون أيضًا إمكانية الحصول على زيادة بنسبة 40% أو أكثر عمليًا باستخدام هذه الطريقة.