تصميم لوح شمسي من ICFO يستهدف فقدان انبعاث الضوء

أفاد باحثون في Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) بتصميم جديد للألواح الشمسية يعالج فقدان Boltzmann، أي الطاقة المفقودة في صورة ضوء تنبعث منه الألواح الشمسية، وقد يرفع الكفاءة إلى نحو 43 بالمئة من الحد النظري الحالي البالغ 33.16 بالمئة. نُشر العمل في Energy & Environmental Science وأظهر تحسنا في الكفاءة بنحو 0.85 بالمئة في خلية شمسية عضوية تجريبية. وبحسب الباحثين، يجب أن ينطبق المبدأ الأساسي على جميع أنواع الخلايا الكهروضوئية.

الحد من انبعاث الضوء

في أبسط صورها، تحتوي الألواح الشمسية على مادة شبه موصلة، والأكثر شيوعا سيليكون بلوري، تطلق إلكترونات عند تعرضها لضوء الشمس، مما يخلق تيارا كهربائيا. يتحول بعض الطاقة الشمسية إلى حرارة، أو يُعاد انبعاثها على شكل ضوء. استكشف العلماء طرقا لتقليل فقدان الطاقة الحرارية، بما في ذلك تغيير شبه موصل اللوح، لكن مكون الضوء كان أصعب في المعالجة.

في الورقة، تناول باحثو ICFO «عدم تطابق بين امتصاص ضوء الشمس الضيق ومخاريط الانبعاث الأعرض» في الألواح الشمسية. بدأوا بخلية شمسية عضوية، واستبدلوا قطبها الأمامي من أكسيد إنديوم قصدير بقطب فضي رقيق، وحولوا الخلية إلى مجوّف بصري. لا تزال الخلية تسمح بدخول ضوء الشمس، لكنها كانت تبعث ضوءا أقل عند الزوايا الواسعة.

معنى النتيجة

حسّن هذا التغيير كفاءة خليتهم الشمسية بنحو 0.85 بالمئة. وقال الدكتور Francisco Bernal Texca، المؤلف الأول للدراسة، في بيان صحفي من ICFO: إذا أمكن تضييق مخروط الانبعاث ليطابق أكثر مخروط امتصاص ضوء الشمس الوارد، فستتمكن الخلايا الشمسية مبدئيا من الاقتراب من كفاءات تقارب 43 بالمئة.

الحد النظري الحالي هو 33.16 بالمئة، المعروف باسم حد Shockley-Queisser، بينما تعمل الألواح الشمسية الاستهلاكية عادة عند 20 إلى 23 بالمئة. إذا أمكن رفع الكفاءة من 33.16 بالمئة إلى نحو 43 بالمئة، فقد تكون هناك فوائد كبيرة تنتقل إلى الألواح الشمسية الاستهلاكية.

تطورات حديثة أخرى

ليس هذا الاختراق الحديث الوحيد في تكنولوجيا الألواح الشمسية في 2026. كشفت الشركة الصينية LONGi عن خلية شمسية بكفاءة 35.5 بالمئة في يوليو، وزعمت أن خلية PV التي تستخدمها قادرة نظريا أيضا على تحقيق 43 بالمئة. ويتزايد أيضا في الولايات المتحدة اعتماد الألواح الشمسية القابلة للتوصيل للشرفات، مع أن البحوث الجديدة لا تعني أن المستهلكين يمكنهم شراء لوح أكثر قدرة غدا.

المصادر: Engadget