تم تطوير نظام جديد لتجميع الطاقة الشمسية بكفاءة عالية جداً

صمم الباحثون في جامعة يوليوس ماكسيميليانز (JMU) في فورتسبورغ، ألمانيا، نظامًا جديدًا لتجميع الضوء الشمسي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة لأنه يمتص الطيف الكامل للضوء المرئي . تم اختبار نظامهم في بيئة بحثية، حيث قام بتحويل 38% من الضوء الساقط إلى مضان، وهي قفزة كبيرة مقارنة بالأنظمة الحالية الأخرى. الرقم القياسي الحالي مخصص للأنظمة التي تجمع بين خلايا السيليكون البلورية وخلايا البيرفسكايت بكفاءة تصل إلى 31% .

تعتبر التقنيات مثل الطاقة الشمسية حاسمة في جهودنا للابتعاد عن الوقود الأحفوري. على الرغم من أن الطاقة الشمسية تكتسب تقدمًا عالميًا من حيث التركيبات، إلا أن التكنولوجيا لديها مجال كبير للتحسين من حيث كفاءة الطاقة. تم نشر الابتكار في مجلة الكيمياء .

في حين أن معظم هذه الأساليب ركزت على المواد المستخدمة في صنع الخلية الشمسية، فقد نظر باحثو جامعة جيمس ميريلاند إلى المشكلة من زاوية أخرى: كيفية جمع الضوء في الخلايا الشمسية.

مشاكل مع أنظمة الحصاد الخفيفة

أنظمة حصاد الضوء المستخدمة في الخلايا الشمسية المتاحة تجارياً ليست فعالة للغاية.

وهي مصنوعة من مواد شبه موصلة غير عضوية مثل السيليكون، وعلى الرغم من كونها بانكروماتية وقادرة على امتصاص طيف الضوء المرئي بأكمله، إلا أن امتصاصها منخفض للغاية.

ولهذا السبب، تحتاج الخلايا الشمسية إلى طبقات سميكة من السيليكون لامتصاص المزيد من الضوء، ولكنها تجعلها ثقيلة.

وقد استوحى الباحثون أفكارهم من الأنظمة التي تحدث بشكل طبيعي، مثل النباتات والبكتيريا، والتي يمكنها استخدام طيف واسع من الضوء لعملية التمثيل الضوئي.

شرح النظام الجديد لحصاد الضوء الشمسي

ويتم تحقيق ذلك باستخدام الأصباغ العضوية، والتي تكون أرق وأخف وزنًا. عند استخدامها بمفردها، لا تمتص الأصباغ العضوية الضوء على نطاق طيفي واسع.

ولذلك سعى الباحثون إلى تكرار الترتيب المعقد للأصباغ في الأنظمة التي تحدث بشكل طبيعي لتطوير نظام جديد عالي الكفاءة لحصاد الضوء.

صمم باحثو JMU مستقبلًا لحصاد الضوء باستخدام أربعة أصباغ مختلفة من الميروسيانين. وقد تم وضع هذه الأصباغ فوق بعضها البعض بطريقة متطورة، مما يسمح بالتقاط فعال وسريع.

تم تسمية النموذج الأولي لنظام حصاد الضوء باسم URPB، استنادًا إلى الأطوال الموجية التي يمكن للمكونات الأربعة للصبغة امتصاصها: U للأشعة فوق البنفسجية، وR للأحمر، وP للأشعة فوق البنفسجية، وB للأزرق.

ولتحديد فعالية نظام حصاد الضوء، قام الباحثون بقياس المحصول الكمي الفلوري - كمية الطاقة التي ينبعث منها النظام أثناء الفلورة، حسبما جاء في البيان الصحفي.

ووجد الفريق أن الأصباغ الأربعة، في ترتيبها الخاص، ولدت طاقة بنسبة 38% من الضوء الساقط . بالمقارنة، عند وضعها بشكل فردي، يمكن لكل صبغة تحويل ثلاثة بالمائة فقط من الضوء إلى مضان، مما يوضح الفرق الكبير الذي يحدثه الترتيب المكاني للأصباغ.

"يحتوي نظامنا على بنية شريطية مشابهة لتلك الموجودة في أشباه الموصلات غير العضوية. قال فرانك وورثنر، أستاذ الكيمياء في جامعة جيمس ميريلاند: "هذا يعني أنه يمتص بشكل بانكروماتيكي عبر النطاق المرئي بأكمله". "ويستخدم معاملات الامتصاص العالية للأصباغ العضوية. وهذا يعني أنه، على غرار أنظمة حصاد الضوء الطبيعي، يمكنه امتصاص الكثير من الطاقة الضوئية في طبقة رقيقة نسبيًا.

المقالة تم تطوير نظام جديد لتجميع الطاقة الشمسية بكفاءة عالية جدا من خلال السيناريوهات الاقتصادية .