صناعة

يطور UCR طلاء الألواح الشمسية الجديدة لتحسين الكفاءة

يطور UCR طلاء الألواح الشمسية الجديدة لتحسين الكفاءة

على الرغم من أن الشمس تبعث أكثر من 50 بالمائة من ضوءها كضوء "قريب من الأشعة تحت الحمراء" ، إلا أن الخلايا الشمسية يمكنها فقط امتصاص الضوء المرئي ، مما يعني أن الألواح الشمسية تحصل فعليًا على حوالي 20 بالمائة فقط من الكفاءة. ومع ذلك ، فقد وجد فريق من الكيميائيين في جامعة كاليفورنيا ريفرسايد طريقة لزيادة كفاءة الألواح الشمسية من خلال الجمع بين البلورات النانوية شبه الموصلة غير العضوية والجزيئات العضوية ، وبالتالي "تحويل" الفوتونات بنجاح في المناطق المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء من الطيف الشمسي. الفكرة وراء البحث هي أن الطاقة الشمسية يمكن أن تكون أرخص إذا تم تقليل مساحة الأرض المطلوبة لنشر الألواح الشمسية ، وكذلك تكاليف العمالة التي ينطوي عليها البناء.

قال أستاذ الكيمياء ، كريستوفر باردين الذي أجرى المشروع بالتعاون مع أستاذ الكيمياء المساعد مينغ لي تانغ: "تمر منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف الشمسي مباشرة عبر المواد الكهروضوئية التي تشكل الخلايا الشمسية اليوم". "هذه طاقة مفقودة ، بغض النظر عن مدى جودة خليتك الشمسية. تلتقط المادة الهجينة التي توصلنا إليها أولاً فوتونين من الأشعة تحت الحمراء يمران عادةً من خلال خلية شمسية دون أن يتم تحويلهما إلى كهرباء ، ثم يضيفان طاقاتهما معًا لإنتاج فوتون طاقة أعلى. يتم امتصاص هذا الفوتون المحول بسهولة بواسطة الخلايا الكهروضوئية ، لتوليد الكهرباء من الضوء الذي عادة ما يضيع ".

الألواح الشمسية مع قوس قزح [مصدر الصورة: ستيف جورفيتسون ، فليكر]

وأضاف البروفيسور باردين أن المواد "تعيد تشكيل الطيف الشمسي" بحيث تتطابق بشكل أوثق مع المواد الكهروضوئية المستخدمة في الخلايا الشمسية. يمكن أن يؤدي استخدام جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف الشمسي إلى زيادة كفاءة الطاقة الشمسية الكهروضوئية بنسبة 30 بالمائة أو أكثر. استخدم باردين وتانغ سيلينيد الكادميوم والبلورات النانوية شبه الموصلة لسيلينيد الرصاص والمركبات العضوية ثنائية الفينيل أنثراسين والروبرين. وجد العالمان أن البلورات النانوية لسيلينيد الكادميوم يمكن أن تحول الأطوال الموجية المرئية إلى فوتونات فوق بنفسجية ، في حين أن البلورات النانوية لسيلينيد الرصاص يمكنها تحويل الفوتونات القريبة من الأشعة إلى فوتونات مرئية.

تم تعريض المادة الهجينة الناتجة لضوء الأشعة تحت الحمراء 980 نانومتر والذي أدى بعد ذلك إلى توليد ضوء فلورسنت برتقالي / أصفر متحول بطول 550 نانومتر ، مما يضاعف طاقة الفوتونات الواردة. مكّن طلاء البلورات النانوية لسيلينيد الكادميوم بروابط عضوية باردين وتانغ من تعزيز العملية بما يصل إلى ثلاث مرات من الحجم ، وبالتالي تمكين طريق إلى كفاءات أعلى.

وفقًا لباردين ، يمكن امتصاص الضوء البالغ 550 نانومتر بواسطة أي مادة من الخلايا الشمسية ، والمفتاح في ذلك هو المادة المركبة الهجينة.

وقال: "لا يمكن للمركبات العضوية أن تمتص في الأشعة تحت الحمراء ولكنها جيدة في الجمع بين فوتونيين منخفضي الطاقة وفوتون ذي طاقة أعلى". "باستخدام مادة هجينة ، يمتص المكون غير العضوي فوتونين ويمرر طاقتهما إلى المكون العضوي للجمع. ثم تنتج المركبات العضوية فوتونًا واحدًا عالي الطاقة. ببساطة ، المواد غير العضوية في المادة المركبة تأخذ الضوء ؛ المواد العضوية تخرج الضوء ".

يفسح المشروع نفسه أيضًا للتطبيقات المحتملة الأخرى ، بما في ذلك التصوير البيولوجي وتخزين البيانات والصمامات الثنائية العضوية الباعثة للضوء. يقول باردين إن القدرة على نقل الضوء من طول موجي إلى آخر ، أكثر فائدة ، يمكن أن تؤثر على أي تقنية تتضمن الفوتونات كمدخلات أو مخرجات.

تم نشر الدراسة في رسائل نانو وتم تمويله من خلال منح من مؤسسة العلوم الوطنية والجيش الأمريكي.

شاهد الفيديو: طريقة سهلة لتصمم منظومة الطاقة الشمسية لبيتك بدقائق. عدد الخلايا. عدد البطاريات. حجم الانفيرتر (ديسمبر 2020).