الألواح الشمسية البلاستيكية

يمكن لطريقة جديدة لإنتاج مواد بلاستيكية موصلة للكهرباء طورها مهندسون من جامعة برينستون أن تقلل بشكل كبير من تكاليف إنتاج الألواح الشمسية.

وبعد التغلب على التحديات التقنية لإنتاج مواد بلاستيكية شفافة ومصممة وموصلة للكهرباء، مهد الباحثون الطريق لاستخدام أكثر عملية لهذه المادة في مجموعة واسعة من الأجهزة الكهربائية.
وفي ضوء المخاوف المتزايدة بشأن ظاهرة الاحتباس الحراري وزيادة الطلب على الطاقة، يمكن أن تكون المواد البلاستيكية بديلاً فعالاً من حيث التكلفة لأكسيد القصدير الإنديوم، وهي مادة موصلة باهظة الثمن تستخدم حاليًا في الألواح الشمسية - وفقًا للباحثين.

وقال يويه لين لو، أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة برينستون: "إن البوليمرات الموصلة (البلاستيك) كانت موجودة منذ فترة طويلة، ولكن تحويلها إلى مكونات مفيدة أضعف قدرتها على توصيل الكهرباء". "لقد تمكنا من معرفة كيفية تجنب هذا الفشل. يمكننا تشكيل المواد البلاستيكية في شكل مفيد مع الحفاظ على موصليتها الكهربائية العالية." ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

وفي مجال الأبحاث المعروف باسم "الإلكترونيات العضوية"، حيث أن البلاستيك يعتمد على الكربون، على غرار الكائنات الحية، هناك إمكانية لتطوير أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية وطرق جديدة لإنتاج التقنيات الموجودة. ومع ذلك، فقد تم إعاقة التقدم في هذا المجال بسبب الفقد الغامض للتوصيل في المنتجات المصنعة النهائية.

يقول العالم: "لم يفهم الباحثون ما كان يحدث هنا". "لقد اكتشفنا أنه عندما يتم تصميم البوليمرات، فإن هياكلها تكون محاصرة في نمط جامد يمنع التيار الكهربائي من التحرك من خلالها."
وبمجرد فهمهم للمشكلة الأساسية، طور الباحثون طريقة لتليين الهيكل البلاستيكي عن طريق معالجته بالحمض بعد تشكيله بالنمط المطلوب.

وباستخدام هذه الطريقة، تمكن الباحثون من إنشاء ترانزستور بلاستيكي، وهو مكون رئيسي في الإلكترونيات المستخدمة لتضخيم ونقل الإشارات الكهربائية. لقد أنتجوا أقطاب الترانزستور عن طريق دمج البلاستيك في السطح، وهي طريقة سريعة ورخيصة تشبه الطريقة التي تنتج بها الطابعة النافثة للحبر الطباعة على الورق.

وذكر الباحث أنه يمكن نقل الطريقة إلى نطاق صناعي للإنتاج التجاري، على غرار المطابع المستخدمة اليوم لطباعة الصحف. يقول الباحث: "إن القدرة على "الرسم" على المكونات الإلكترونية، وهي في الواقع الطريقة التي تعمل بها طريقتنا، تعد نجاحًا مهمًا". "يمكنك بيع البلاستيك في خراطيش مشابهة لطريقة بيع حبر الطابعة، ولن تحتاج إلى آلات خاصة لطباعة الأنماط المطلوبة."

وبعد إمكانية إنتاج خلايا شمسية من البلاستيك بطرق طباعة فعالة من حيث التكلفة واستبدال المادة الموصلة الرئيسية والمكلفة وهي أكسيد القصدير الإنديوم، فإن البلاستيك الذي طوره الباحثون لديه القدرة على خفض سعر الألواح الشمسية.

واليوم، تنتقل الكهرباء المولدة من الخلايا الشمسية البلاستيكية عبر موصل معدني شفاف يتكون من أكسيد القصدير والإنديوم. ويجب أن يكون الموصل شفافاً ليسمح لأشعة الشمس بالمرور من خلاله والوصول إلى المواد التي تتكون منها الخلية الشمسية التي وظيفتها امتصاص طاقة الشمس. أصبح الأكسيد، وهو منتج ثانوي نادر ومكلف يتم الحصول عليه من عمليات التعدين، مادة مطلوبة للاستخدام في أجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة والهواتف المحمولة وغيرها من الأجهزة ذات شاشات العرض. وقال الباحث: "إن سعر هذه المادة يرتفع بشكل كبير". "من أجل خفض سعر الخلايا الشمسية البلاستيكية، نحتاج إلى إيجاد مواد بديلة لهذا الأكسيد. يسمح البلاستيك الموصل لأشعة الشمس بالمرور من خلاله، وهي حقيقة تجعله بديلاً فعالاً."

ويتوقع الباحثون أن يحل البلاستيك أيضًا محل المعادن باهظة الثمن المستخدمة حاليًا في الأجهزة الإلكترونية الأخرى مثل شاشات العرض المرنة. بالإضافة إلى ذلك، بدأ العلماء في اختبار استخدام البلاستيك في أجهزة الاستشعار الحيوية التي ستبعث لونًا معينًا بمجرد إصابة الشخص بالعدوى. على سبيل المثال - يتغير لون البلاستيك من الأصفر إلى الأخضر عند تعرضه لأكسيد النيتروز، وهي مادة كيميائية تتشكل أثناء التهابات الأذن عند الأطفال.

وإذا أمكن إنتاج هذه الأجهزة بتكلفة منخفضة، فقد تكون مفيدة في البلدان النامية حيث لا توجد مرافق طبية متقدمة. يوضح الباحث: "لن تحتاج إلى آلات باهظة الثمن أو معدات مخبرية للكشف عن التلوث والأمراض، كل ما نحتاجه هو أن تلاحظ أعيننا التغير في لون البلاستيك".

الخبر من الجامعة