متنوع

طريقة جديدة يمكن أن تزيد بشكل كبير من كفاءة الطاقة الشمسية

طريقة جديدة يمكن أن تزيد بشكل كبير من كفاءة الطاقة الشمسية

لوحة شمسية ضوئية مع غروب الشمس في الخلفية Andree_Nery / iStock

تمتلك الخلايا الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون حدًا مطلقًا للكفاءة الكلية - من حيث المبدأ ، يجب أن يكون فوتون واحد من الضوء قادرًا فقط على فك إلكترون واحد ، حتى لو كان هذا الفوتون يحمل ضعف الطاقة المطلوبة للقيام بذلك.

الآن ، ومع ذلك ، قدم الباحثون طريقة جديدة للحصول على فوتونات عالية الطاقة تضرب السيليكون لضرب إلكترونين بدلاً من إلكترون واحد.

نشرت هذه النتائج في مجلة طبيعة، مهدت الطريق لشكل جديد وأكثر كفاءة من الطاقة الشمسية.

ذات صلة: الإمارات العربية المتحدة كشفت عن أكبر مشروع للطاقة الشمسية في العالم

تقسيم طاقة الفوتون

تتمتع خلايا الطاقة التقليدية المصنوعة من السيليكون بأقصى كفاءة نظرية مطلقة تبلغ حوالي 29.1 بالمائة من تحويل الطاقة الشمسية.

النهج الجديد ، الذي تم تطويره على مدى عدة سنوات من قبل باحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومنظمات أخرى ، يمكن أن يخترق بشكل واقعي هذا الحد.

قال مارك بالدو ، أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في المشروع ، في بيان صحفي ، إن مفتاح الحصول على إلكترونين من فوتون واحد يأتي من فئة من المواد التي تمتلك "حالات مثارة" تسمى على نحو ملائم الإكسيتونات.

في الإكسايتونات ، "تنتشر حزم الطاقة هذه مثل الإلكترونات في الدائرة. يمكنك استخدامها لتغيير الطاقة - يمكنك قطعها إلى نصفين ، ويمكنك دمجها."

أجرى الباحثون عملية تسمى انشطار إكسيتون المفرد ، والتي تسمح للفوتونات الموجودة في ضوء الشمس بالانقسام إلى مجموعتين منفصلتين من الطاقة.

أولاً ، تمتص المادة فوتونًا ، وتشكل إكسيتونًا يخضع سريعًا للانشطار إلى حالتين متحمستين ، كل واحدة بنصف طاقة الحالة الأصلية.

ومع ذلك ، كان الإنجاز الحقيقي هو أن العلماء تمكنوا بعد ذلك من دمج هذه الطاقة في السيليكون ، وهي مادة ليست مثيرة. تم السماح بذلك بواسطة طبقة وسيطة رقيقة من أوكسينيتريد الهافنيوم ، بسماكة ذرات قليلة فقط ، على سطح السيليكون.

يقول بالدو إن طبقة أوكسي نيتريد الهافنيوم كانت بمثابة "جسر لطيف" للحالات المثارة ، مما جعل من الممكن للفوتونات الفردية عالية الطاقة أن تطلق إلكترونين في خلية السيليكون.

تحسين خلايا السيليكون

ينتج هذا ، من الناحية النظرية ، ناتجًا أكبر بكثير من الطاقة المتلقاة من ضوء الشمس. سيشكل ذلك زيادة في الطاقة التي تنتجها الخلية الشمسية من الحد الأقصى النظري البالغ 29.1 في المائة ، إلى حد أقصى جديد يبلغ حوالي 35 في المائة.

ومع ذلك ، بقيت خطوة واحدة للباحثين: "ما زلنا بحاجة إلى تحسين خلايا السيليكون لهذه العملية" ، كما يقول بالدو.

يجب القيام بالعمل على تثبيت البطاريات من أجل المتانة وتحسينها للطريقة الجديدة ، لذلك من المحتمل أن التطبيقات التجارية لا تزال على بعد بضع سنوات.

على الرغم من ذلك ، فإن عملهم يبشر بالخير في تحسين إنتاج الطاقة الشمسية للمستقبل.

نشرت النتائج يوم أمس في المجلةطبيعة، في ورقة قدمها طالب الدراسات العليا ماركوس أينزينغر ، وأستاذ الكيمياء مونجي باوندي ، وأستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر مارك بالدو ، وثمانية آخرين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة برينستون.


شاهد الفيديو: كيف تستثمر ألمانيا الشمس والرياح لتوليد الكهرباء بشكل هائل (شهر نوفمبر 2021).