خلايا شمسية محسنة بتقنية النانو

أعلن باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، عن تحسين كفاءة الخلية الضوئية التقليدية، وذلك من خلال استعمال مزيج من المواد ذات التقنية العالية. ويتألف المزيج من بلورات نانو ضوئية وأنابيب الكربون النانوية، بحيث تتمكن من تحويل حرارة الشمس إلى إشعاع فعال للخلية الضوئية. 

ومن بين العوائق، التي تحول دون انتشار أعداد كبيرة من ألواح الخلايا الشمسية، عدم كفاءتها النسبية في تحويل الطاقة. وهذا العائق مرتبط بالأساس بالخصائص الفيزيائية لأشباه الموصلات المستخدمة في تصميم اللوحات الشمسية التقليدية.

وفي هذا السياق، جرى البحث عن عدة حلول من قبل الباحثين. وعلى سبيل المثال، استخدام أشباه موصلات مختلفة في تصميم الخلية، أو تركيز أشعة الشمس باستخدام عدسات بصرية.
أما بالنسبة لباحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، (MIT)، فقد اهتموا، في الوقت نفسه، ومنذ عدة سنوات، بفكرة تحويل ضوء الشمس إلى حرارة في مرحلة أولى (لاستغلال جميع الطيف الشمسي) قبل تحويله إلى كهرباء. وقد توصلوا مؤخراً إلى إثبات أن تجربتهم تعمل بنجاح.

وتُعرف التكنولوجيا المقترحة من قبل الباحثين بمصطلح "الضوئي الحراري الشمسي" (Thermophotovoltaic Solar). ويطمح الباحثون إلى توسعة كبيرة لمجموع الأطوال الموجية، والتي يفترض أن تمتصها أشباه الموصلات، وبالتالي تحويلها إلى طاقة كهربائية. ويذكر الباحثون الأميركيون أنه بهذه الطريقة قد تزيد الكفاءة النظرية للخلايا الشمسية إلى الضعف، مما ينتجه سطح لوحة معنية. وجاءت نتيجة تجربتهم بعائد طاقوي كلي يصل إلى 6.8٪ باستخدام الخلية القياسية. ومع ذلك، فإن التجربة توفر دليلاً على تحسن حقيقي يمكن الوصول إليه.

وللوصول إلى ذلك، طور الباحثون بلورات ضوئية من جهة، وأنابيب كربون نانوية من جهة أخرى. وتضمن هذه الأخيرة امتصاصاً كاملاً لطيف أشعة الشمس، ويتم تحويل كل الفوتونات إلى حرارة. وتستخدم هذه الحرارة في تسخين البلورات الضوئية نحو ما يقارب 1000 درجة مئوية. واستجابة لهذه الظروف، تبدأ البلورات الضوئية في إرسال موجة بطول موجة تتوافق بالضبط مع الطول الموجي الأمثل لامتصاصها عند الخلية الضوئية.

ووفقا للباحثين، فإن ابتكارهم يتميز بقدرته على الاستمرار حتى عندما تُحجب الشمس بالغيوم، بشرط اقترانه مع نظام تخزين للحرارة، يسمح له بالعمل على مدار الساعة، بفضل الانبعاثات الثانوية من البلورات الضوئية.