المصدر: University of Kansas

الفكرة الأساسية

تطوير مواد عضوية جديدة لاستغلال الطاقة الشمسية* كبديل لألواح السليكون* التقليدية، بهدف خفض التكلفة وتحسين الكفاءة* وجعل الألواح أكثر مرونة وصديقة للبيئة.

تفاصيل القصة

تعتبر الطاقة الشمسية* حاسمة لمستقبل نظيف للطاقة. تقليديًا، يتم جمع الطاقة الشمسية* باستخدام السليكون*، وهو نفس مادة شبه الموصلة المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية اليومية. لكن الألواح الشمسية* المصنوعة من السليكون* لها عيوب، مثل تكلفتها العالية وصعوبة تركيبها على الأسطح المنحنية. ولحل هذه العيوب، طور الباحثون مواد بديلة لاستغلال الطاقة الشمسية*، من أبرزها أشباه الموصلات "العضوية"* التي تعتمد على الكربون، وهي مواد وفيرة في الأرض وأقل تكلفة وصديقة للبيئة.

تتميز هذه المواد العضوية بإمكانية خفض تكلفة إنتاج الألواح الشمسية* لأنها يمكن أن تُطلى على أسطح مختلفة باستخدام طرق تعتمد على المحلول، مثل طريقة طلاء الجدران. يمكن ضبط هذه المواد لامتصاص الضوء بأطوال موجية محددة، مما يسمح بإنشاء ألواح شمسية شفافة أو بألوان مختلفة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في المباني الخضراء والمستدامة من الجيل القادم.

رغم استخدام أشباه الموصلات العضوية* بالفعل في شاشات الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة والتلفزيونات وسماعات الواقع الافتراضي، إلا أنها لم تستخدم بعد على نطاق واسع في الألواح الشمسية* التجارية بسبب كفاءتها المنخفضة في تحويل الضوء إلى كهرباء مقارنةً بألواح السليكون* البلورية.

حقق الباحثون في جامعة كانساس تقدمًا كبيرًا في فهم أداء أشباه الموصلات العضوية* الجديدة المستخدمة في الألواح الشمسية*. من خلال دراسة أجراها فريق من العلماء بقيادة الدكتور وي لون تشان، اكتشفوا آلية مجهرية تسمح لهذه المواد العضوية بتحقيق كفاءة أعلى في تحويل الضوء إلى كهرباء.

باستخدام تقنية متطورة لقياس الطاقة الزمنية للإلكترونات المثارة، تمكن الباحثون من ملاحظة أن بعض الإلكترونات يمكنها اكتساب طاقة من البيئة بدلاً من فقدانها، مما يعزز من كفاءة الألواح الشمسية*.

يمكن لهذا الاكتشاف أن يؤدي إلى تصميم هياكل نانوية جديدة تستفيد من هذه الظاهرة لتحسين أداء الخلايا الشمسية العضوية بشكل كبير.

المصطلحات الأساسية*

• • الطاقة الشمسية: هي الطاقة التي يتم توليدها من الشمس باستخدام تقنيات مثل الألواح الشمسية.
  • أشباه الموصلات: تم تعريفه في مقال حلول من أجل طاقة مستدامة: ابتكارات في الوقود الشمسي.
  • السليكون: مادة شبه موصلة تُستخدم بشكل واسع في الألواح الشمسية والأجهزة الإلكترونية.
  • أشباه الموصلات العضوية: مواد عضوية تعتمد على الكربون تستخدم كبديل للسليكون في الألواح الشمسية، تتميز بتكلفتها المنخفضة وصديقتها للبيئة.
  • الكفاءة: نسبة تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء، حيث تعتبر الكفاءة العالية مؤشراً على الأداء الجيد للألواح الشمسية.
  • الاستدامة: تم تعريفه في مقال تأثير تغير المناخ على أداء المباني واستدامتها.
  • الألواح الشمسية: أجهزة تحول ضوء الشمس إلى كهرباء باستخدام مواد شبه موصلة مثل السليكون أو المواد العضوية.
  • التحويل الكهروضوئي: عملية تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وهي أساس عمل الألواح الشمسية.
  • المباني الخضراء: مبانٍ مصممة لتكون صديقة للبيئة، تستهلك طاقة أقل وتستخدم تقنيات مثل الألواح الشمسية لتحقيق الاستدامة.
  • الإنتروبيا: هو الاعتلاج أو القصور الحراري، مفهوم في الفيزياء والكيمياء يشير إلى درجة العشوائية أو الفوضى في النظام، وغالباً ما يرتبط بانتقال الحرارة وزيادة الفوضى في النظام.