النوافذ الشمسية تولد الكهرباء

طور علماء من مختبر بروكهافن الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية طبقات رقيقة شفافة قادرة على امتصاص أشعة الشمس وتحويلها إلى شحنة كهربائية نظرا لمساحتها الكبيرة نسبيا

طور علماء من مختبر بروكهافن الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية طبقات رقيقة شفافة قادرة على امتصاص أشعة الشمس وتحويلها إلى شحنة كهربائية بسبب مساحتها الكبيرة نسبيا. ويمكن استخدام المادة الجديدة، الموصوفة في مقال نشر في المجلة العلمية Chemistry of Materials، لتطوير ألواح شمسية شفافة أو حتى نوافذ تمتص الطاقة من الشمس وتولد الكهرباء منها.

تتكون المادة الجديدة من بوليمر شبه موصل يحتوي على الفوليرين عالي الكربون. وفي ظل ظروف خاضعة لرقابة صارمة، تنظم المادة نفسها ذاتيًا للحصول على نمط متكرر من الخلايا الدقيقة الشبيهة بالسداسية على مساحة كبيرة نسبيًا (حتى إلى حد عدة ملليمترات).

"على الرغم من أن هذه الطبقات الرقيقة على شكل قرص العسل قد تم تحضيرها في الماضي باستخدام بوليمرات عادية مثل البوليسترين، إلا أن هذا هو التقرير الأول على الإطلاق عن مثل هذه المادة التي تتكون من خليط من أشباه الموصلات والفوليرين، والتي تمكنت من امتصاص الضوء وتحويله بكفاءة إلى قال العالم الرئيسي ميرسيا كوتليت، الكيميائي الفيزيائي في مركز المواد النانوية الوظيفية: "الشحنات الكهربائية منفصلة".

علاوة على ذلك، تظل المادة شفافة إلى حد كبير نظرًا لأن سلاسل البوليمر تكون معبأة بإحكام فقط في نهايات الأشكال السداسية، بينما تظل بقية المادة معبأة بشكل فضفاض وتمتد عبر المراكز. يوضح الباحث: "تمتص الحواف المكتظة الضوء على نطاق واسع وربما تعزز التوصيل الكهربائي، في حين أن المراكز لا تمتص الضوء إلى حد كبير وتكون شفافة نسبيًا".

وقال أحد العلماء المشاركين في البحث: "إن الجمع بين هذه الخصائص والحصول على أنماط منتظمة واسعة النطاق يمكن أن يوفر مجموعة واسعة من التطبيقات الممكنة، مثل النوافذ الشمسية المولدة للكهرباء، والألواح الشمسية الشفافة، وأنواع جديدة من شاشات العرض البصرية". "تخيل منزلاً يتكون من هذه المادة، والتي، إلى جانب السقف الشمسي، يمكن أن توفر تكاليف الكهرباء بشكل كبير. يضيف الباحث: "الموضوع رائع للغاية".

قام الباحثون بإعداد الطبقات الرقيقة عن طريق تدفق قطرات الماء الميكرومترية عبر طبقة رقيقة من محلول خليط البوليمر / الفوليرين. تنظم قطرات الماء هذه بشكل مستقل في صفائف واسعة النطاق داخل محلول البوليمر. عندما يتبخر المذيب تمامًا، يشكل البوليمر نمطًا سداسيًا يشبه قرص العسل عبر مساحة كبيرة. يوضح أحد الباحثين: "هذه طريقة اقتصادية ولديها القدرة على الانتقال من المختبر إلى النطاق الصناعي".

وتحقق العلماء من تجانس البنية السداسية باستخدام عدة طرق للمجهر الإلكتروني والكاشفات المسحية، وفحصوا الخصائص البصرية وفصل الشحنات في الأجزاء المختلفة داخل البنية (الحواف والمراكز والزوايا، التي من خلالها تتصل الخلايا المختلفة ببعضها البعض). باستخدام المجهر الفلوري المتقدم.

ووجد العلماء أيضًا أن درجة تعبئة البوليمر يتم تحديدها من خلال معدل تبخر المذيب، والذي بدوره يحدد معدل نقل الشحنة داخل المادة.

يوضح الباحث: "كلما كان معدل التبخر أبطأ، زادت كثافة البوليمرات، وبالتالي زادت كفاءة نقل الشحنة".

"يوفر بحثنا فهمًا أعمق للخصائص البصرية للبنية الشبيهة بقرص العسل. وقال الباحث إن الخطوة التالية ستكون استخدام هذه الطبقات الرقيقة لصنع خلايا شمسية عضوية مرنة وشفافة وأجهزة أخرى.
أخبار الدراسة