أصبح نوع جديد من الخلايا الشمسية التجارية - رخيصة الثمن ومرنة وسهلة التصنيع - أقرب من أي وقت مضى إلى أن يصبح حقيقة واقعة بفضل الأبحاث الحديثة التي أجراها المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST).
أصبح نوع جديد من الخلايا الشمسية التجارية - رخيصة الثمن ومرنة وسهلة التصنيع - أقرب من أي وقت مضى إلى أن يصبح حقيقة واقعة بفضل الأبحاث الحديثة التي أجراها المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST).
تعد الخلايا الكهروضوئية العضوية، القائمة على الألياف العضوية المستخدمة لالتقاط الإشعاع الشمسي وتحويله إلى كهرباء، مجالًا مزدهرًا للبحث لأنها تتمتع بمزايا كبيرة مقارنة بالخلايا الصلبة التقليدية. الخلية الكهروضوئية (PV) أو الخلية الشمسية هي جهاز شمسي لإنتاج الطاقة الكهربائية بشكل مباشر عن طريق امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي من الشمس. وعيب هذه الطريقة هو التكلفة العالية نسبيا لإنتاج الكهرباء، حيث أن سعر الألواح الكهروضوئية لا يزال مرتفعا نسبيا.
تبدأ هذه الخلايا العضوية كنوع من الحبر الذي يمكن غرسه في الأسطح المرنة لإنشاء مكونات الخلايا الشمسية التي يمكن دحرجتها على مساحات كبيرة بنفس السهولة التي نفرد بها السجادة. وعلى الرغم من أنه من المفترض أن تكون أرخص في التصنيع وأكثر ملاءمة لمجموعة واسعة من تطبيقات الطاقة، إلا أن حجم سوقها التجاري محدود، إلى أن تتحسن التكنولوجيا.
وحتى أكثر الخلايا كفاءة من هذا النوع الموجودة اليوم تحول أقل من ستة بالمائة فقط من الإشعاع الذي يصل إليها إلى كهرباء، كما أنها تدوم لمئات الوحدات من الساعات فقط. يقول أحد الباحثين: "تعتقد الصناعة أنه إذا وصلت هذه الخلايا إلى معدل بقاء عشرة بالمائة وعمر يصل إلى عشرة آلاف ساعة، فإن اعتماد التكنولوجيا سيتسارع بشكل كبير". "ومع ذلك، من أجل تحسينها، هناك حاجة أساسية لتوصيف العمليات التي تحدث في المادة نفسها - وفي هذه المرحلة نحن فقط في بداية الطريق."
لقد طور فريق البحث المذكور أعلاه هذا الفهم بأحدث جهوده، والتي توفر طريقة قياس جديدة قوية للخلايا الكهروضوئية العضوية والتي تكشف عن طرق للتحكم في تحضيرها. وفي عائلة الخلايا الأكثر شيوعًا من هذا النوع، يكون "الحبر" عبارة عن خليط من البوليمر، الذي يمتص ضوء الشمس ويطلق إلكتروناته، ومادة تشبه كرة القدم، تسمى الفوليرين، والتي تلتقط هذه الإلكترونات. عندما يتم حقن الحبر على السطح، يندمج الخليط في طبقة تحتوي على شبكة غير منتظمة من البوليمرات الممزوجة بجزيئات الفوليرين. في الأجهزة العادية، من المرغوب فيه أن تصل شبكة البوليمر بأكملها إلى الجزء السفلي من الطلاء بينما من المرغوب فيه أن تصل مكونات الفوليرين جميعها إلى الجانب الآخر، بحيث يمكن للكهرباء أن تتدفق في الاتجاه الصحيح خارج الجهاز. ومع ذلك، إذا تم تشكيل مجمعات الفوليرين بين طبقة البوليمر والحافة السفلية للغلاف، فإن كفاءة الخلية تنخفض.
وباستخدام قياسات امتصاص الأشعة السينية لواجهة الطبقة، اكتشف الفريق أنه من خلال تغيير طبيعة سطح القطب، سيتم صد الفوليرين منه (على غرار التنافر بين الماء والزيت) بينما تنجذب البوليمرات إليه. تتغير أيضًا الخصائص الكهربائية للواجهة بشكل حاد. يوفر الهيكل الناتج لتيار الإلكترون الناشئ من الإشعاع الضوئي فرصًا أكبر للوصول إلى الأقطاب الكهربائية المناسبة ويقلل أيضًا من تراكم الفوليرين في الجزء السفلي من الطلاء - وهما تغييران مهمان قد يحسنان كفاءة الخلية وعمرها.
يوضح أحد الباحثين: "لقد تمكنا من تحديد بعض العوامل الأساسية المطلوبة لتحسين السلوك عند طرفي الطلاء، مما يعني أن الصناعة سيكون لديها طريقة فعالة لتحسين الأداء العام للخلايا". "في الوقت الحالي، نحن نعتمد على المعلومات التي أنشأناها فيما يتعلق بحواف الطلاء لفهم ما يحدث بالضبط في منطقة الطلاء بأكملها. هذه المعرفة مهمة للغاية بالنسبة للصناعة من أجل فهم كيفية عمل الخلايا الشمسية العضوية وتآكلها ولتطوير خلايا أكثر كفاءة وأطول أمدا.
تعليقات 6
إلى وظيفة
النامية؟
كل يوم تسمع عن التقدم
ومازلت لم أسمع عن استخدام سادس
إنه لمن دواعي سروري أن أرى هذا المجال يتطور
أوه، وشكرا لهذه المادة! 😀
يوجد خطأ في رابط المقال الأصلي. لقد أحضرت الرابط مرة أخرى إلى المقالة حول "طبقات الطلاء ذاتية الإصلاح"
أتمنى أن يتم العثور على التطوير الذي من شأنه أن يرفع الناجي وأن يتحول إليه العالم كله بالفعل!
العضوية مرة أخرى؟