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*
