أخباراخر الأبحاثالطاقة الشمسية

اكتشاف جديد يعالج السبب الرئيسي في انخفاض كفاءة الخلايا الشمسية

Nature  2021 ,Alexander J. Gillett©

قامت مجموعة دولية بحثية مشتركة بقيادة جامعة كامبريدج بالكشف عن سبب الفواقد في الخلايا الشمسية العضوية والذي يجعلها أقل كفاءة من الخلايا القائمة على السيليكون في تحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربائي. بالإضافة إلى ذلك قام الباحثون بتقديم طريقة لمعالجة الجزيئات داخل الخلية الشمسية لمنع فقدان التيار الكهربائي من خلال حالة غير مرغوب فيها ، تُعرف باسم الإكسيتون الثلاثي ( triplet exciton).

الجدير بالذكر أن للخلايا الشمسية العضوية تتميز بأنها مرنة وشبه شفافة و رخيصة ويمكن استخدامها بشكل كبير في نطاقات واسعة  و تطبيقات متعددة. حيث يمكن على سبيل المثال لفها حول الأجزاء الخارجية للمباني ويمكن إعادة تدويرها بسهولة وهذا ما لايمكن عمله مع ألواح السيليكون التقليدية. كما أنها صديقة للبيئة في مرحلة الإنتاج  بدرجة أكبر بكثير من الخلايا التقليدية.

ويرجع السبب الرئيسي في عدم التطور التجاري الكبير لهذا النوع من الخلايا في السنوات الأخيرة جزئيًا إلى كفاءتها المتدنية. حيث يمكن للخلايا الشمسية النموذجية القائمة على السيليكون أن تصل إلى كفاءات تترواح من  20 إلى 25٪ ، في حين أن الخلايا الشمسية العضوية يمكن أن تصل إلى كفاءات تقارب 19٪ في ظل الظروف المعملية ، وكفاءات تطبيقية تبلغ  فقط حوالي 10 إلى 12٪.

تولد الخلايا الشمسية العضوية الكهرباء عن طريق محاكاة لعملية التمثيل الضوئي الطبيعية الموجودة في النباتات. إلا أنها تستخدم في النهاية طاقة الشمس لتوليد الكهرباء بدلاً من تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز. عندما يصطدم الفوتون بخلية شمسية  فإن الإلكترون يُثار بالضوء (الفوتون) ويترك وراءه “ثقبًا”  (hole) في التركيب الإلكتروني للمادة. يُعرف الجمع بين هذا الإلكترون المثير والثقب باسم الإكسيتون. إذا كان من الممكن التغلب على التجاذب المتبادل بين الإلكترون سالب الشحنة والثقب الموجب الشحنة في الإكسيتون فمن الممكن حصاد هذه الإلكترونات والثقوب كتيار كهربائي.

ومع ذلك ، يمكن فقدان الإلكترونات في الخلايا الشمسية من خلال عملية تسمى إعادة التركيب (recombination)حيث تفقد الإلكترونات طاقتها – أو حالة الإثارة – وتعود إلى حالة “الثقوب” الفارغة. نظرًا لوجود جاذبية أقوى بين الإلكترون والثقب الموجود في المواد القائمة على الكربون مقارنةً بالسيليكون. ولهذا السبب فإن الخلايا الشمسية العضوية أكثر عرضة لعملية إعادة التركيب  مما يؤثر بدوره على كفاءتها. ولهذا يستلزم استخدام مكونين لمنع الإلكترون والثقب من إعادة الاتحاد بسرعة: مادة “مانحة” للإلكترون ومادة “مستقبلة” للإلكترون.

و باستخدام مزيج من التحليل الطيفي والنمذجة الحاسوبية ، تمكن الباحثون من تتبع الآليات التي تعمل في الخلايا الشمسية العضوية  من امتصاص الفوتونات إلى إعادة التركيب. ووجدوا أن آلية الخسارة الرئيسية في الخلايا الشمسية العضوية  (أو الفواقد التي تقلل من كفاءة الخلية) ناتجة عن إعادة التركيب مع نوع معين من الإكسيتون ، يُعرف باسم الإكسيتون الثلاثي ( triplet exciton).

في الخلايا الشمسية العضوية ، تمثل الإكسيتونات الثلاثية مشكلة يصعب التغلب عليها ، كونها تتشكل من الإلكترونات والثقوب. ولكن الباحثون وجدوا أنه من الممكن إبقاء الإلكترون والثقب بعيدة عن بعضهما البعض من خلال هندسة التفاعلات الجزيئية القوية بين مانح الإلكترون والمواد المستقبلة للإلكترون. وهذا بدوره سيمنع عملية إعادة التركيب (recombination) في الإكسيتونات الثلاثية وبالتالي سيمكن الخلايا الشمسية من العمل بكفاءة أكبر.

ويشير البحث الذي نشر في مجلة Nature أن هندسة جزئيات الخلايا الشمسية العضوية بهذه الطريقة التي تحد من زيادة عملية إعادة التركيب  ) في الإكسيتونات الثلاثية (التي تسبب الفواقد) يرفع كفاءة الخلايا إلى مابقارب 20٪ أو أكثر الأمر الذي يعد ثورة حقيقة لهذا النوع من الخلايا.

رابط الورقة العلمية للمطالعة

The role of charge recombination to triplet excitons in organic solar cells

د. عبدالرحمن بابريك

باحث أكاديمي واستشاري في الطاقة المتجددة. مهتم بالإبتكار والبحث العلمي ونشر الوعي في مجال الطاقة المتجددة في العالم العربي. حاصل على الدكتوراة في مجال التوليد مع مرتبة الشرف و درجة باحث- مدرس في مجال أجهزة وأنظمة التقنيات البصرية والحيوية - روسيا الاتحادية. حاصل على خمس براءت اختراع. و أكمل الماجستير في مجال التوليد باستخدام مصادر الطاقة المتجددة. قدم العديد من الاستشارات الأكاديمية والهندسية في مجال الطاقة المتجددة.

مقالات ذات صلة

‫3 تعليقات

    1. حاليا في الظروف المخبرية التجربة والبحث تم لكن قد تكون خطوة لتحقيقها في الظروف التشغيلية في المستقبل

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

https://upr.ac.id/wp-content/uploads/

slot gacor

https://event.unsia.ac.id/wp-content/uploads/

slot gacor

https://disdikbud.pemkomedan.go.id/.well-known/

slot maxwin

https://inspire.unsrat.ac.id/manajerial/uploads/bantuan_dana/

https://www.dekopinda.sumbawakab.go.id/assets/images/

situs slot gacor

https://simanis.lamongankab.go.id/js/

https://ebphtb.gresikkab.go.id/public/slthai/

https://dev-bomobile.cititrans.co.id/uploads/

https://ejournals.itda.ac.id/cache/

http://pdk.unand.ac.id/media/

https://tpp.padangpanjang.go.id/s-thai/

https://web-desa.muaraenimkab.go.id/go/gacor/

https://web-desa.muaraenimkab.go.id/go/rtp/

https://web-desa.muaraenimkab.go.id/go/thailand/

https://sipdatadik.probolinggokab.go.id/js/

https://dichvutuvanweb.com/

http://esptpd.kaimanakab.go.id/public/img/

http://elibrary.pipmakassar.ac.id/assets/slot777/

http://bpprd.bungokab.go.id:8087/maxwin/

https://simanis.lamongankab.go.id/jurnal/

https://elsa.lamongankab.go.id/jurnal/

https://poltekkespangkalpinang.ac.id/media/

https://beasiswa.ika.pcr.ac.id/jurnal/

http://elibrary.pipmakassar.ac.id/assets/js/

https://e-office.balangankab.go.id/laravel/laravel/public/jurnal/

https://e-office.balangankab.go.id/laravel/laravel/public/media/

https://e-office.balangankab.go.id/laravel/laravel/public/document/

https://e-remun.poltekbangsby.ac.id/thai/

https://simpeg.unnur.ac.id/jurnal/

https://elsa.lamongankab.go.id/library/

https://simpeg.unnur.ac.id/document/

https://simpeg.unnur.ac.id/media/

https://palito.padangpanjang.go.id/jurnal/

https://tes-umkm.padangpanjang.go.id/jurnal/

slot thailand

https://camatbarat.padangpanjang.go.id/jurnal/

https://ejournal.staindirundeng.ac.id/jurnal/

https://ejournal.staindirundeng.ac.id/s777/

http://103.169.238.243:8071/image/

situs slot gacor

https://eplanning.pemkomedan.go.id/eperencanaan/web/assets/smaxwin/

https://disdikbud.pemkomedan.go.id/media/

slot thailand

https://ejournal.staindirundeng.ac.id/library/

https://silari.pa-ngawi.go.id/document/

slot thailand

https://sipdatadik.probolinggokab.go.id/document/

https://silari.pa-ngawi.go.id/media/

https://silajara.kepulauanselayarkab.go.id/jurnal/

https://suadienthoaioppo.com/

https://dinamis.bkpsdm.ciamiskab.go.id/jurnal/

https://e-presensi.muaraenimkab.go.id/uploads/jurnal/

slot thailand

https://sipdatadik.probolinggokab.go.id/uploads/pagcor/

https://tegal.pramukajateng.or.id/sthai/

slot thailand

https://karanganyar.pramukajateng.or.id/wp-content/srver-thai/

slot thailand

https://e-presensi.muaraenimkab.go.id/file/s777/

https://easn.sumutprov.go.id/api/maxwin/

ugasli

https://simanis.lamongankab.go.id/assets/media/

https://dpuair.jatimprov.go.id/asset/link/

slot777

https://bbppt.postel.go.id/kalibrasi/core/

https://simonik.demakkab.go.id/public/thai/

https://sidona.bengkulutengahkab.go.id/sgacor/

https://easn.sumutprov.go.id/jurnal/

http://logbook.poltekkes-medan.ac.id/media/zgacor/

https://keuangan.sulselprov.go.id/jurnal/

slot thailand

http://103.169.238.243:8071/image/

https://tpp.padangpanjang.go.id/xgacor/

slot gacor

https://siap-adpim.kalbarprov.go.id/wp-content/upgrade/

https://jdih.pekalongankota.go.id/thai/

https://sirapi.kalteng.go.id/thai/

https://pupr.tulangbawangkab.go.id/thai/

slot thailand

slot gacor

https://lms.unmas.ac.id/Thailand/

slot gacor

slot gacor

http://catalog.poltekkesjogja.ac.id/gacor2024/

http://catalog.poltekkesjogja.ac.id/sgacor/

https://sipinter.babelprov.go.id/sigacor/

slot gacor

https://e-sakip.situbondokab.go.id/thai/

https://rsud.sumbawakab.go.id/maxwin/

https://easn.sumutprov.go.id/demo/

https://silk.semarangkota.go.id/vendor/sthai/

ugasli

https://simpeg.kendalkab.go.id/efile/storage/app/link-gacor/

https://perdagangan.tulangbawangkab.go.id/s777/

https://krs.dinus.ac.id/assets/link-gacor/

https://rekrutmen.bkpsdm.banggaikep.go.id/js/

https://krs.dinus.ac.id/assets/sigacor/

https://cedc.ulm.ac.id/id/wp-content/thai/

https://pakesiska.perhubungan.jatengprov.go.id/situs-thailand/

slot thailand

slot gacor

https://bppkad.magetan.go.id/upgacor/

https://simpeg.dinus.ac.id/updir/xgacor/

https://www.info.sumbawakab.go.id/bingo/link/

https://silk.semarangkota.go.id/packages/tugumuda/

https://lsp.ulm.ac.id/wp-content/slthai/

https://sidona.bengkulutengahkab.go.id/sthai/

https://cedc.ulm.ac.id/id/wp-content/

https://siap-adpim.kalbarprov.go.id/wp-includes/assets/

https://pdk.unand.ac.id/templates/

https://distani.tulangbawangkab.go.id/assets/

https://siapja.maroskab.go.id/stthailand/

slot777

https://simpatda.bppkad.kedirikota.go.id/data/

https://inspektorat.kuansing.go.id/document/

https://gresikcab.dindik.jatimprov.go.id/gacor/

slot gacor hari ini

https://e-sakip.situbondokab.go.id/img/

https://segment.kaboki.go.id/images/

https://recruitment.jec.co.id/assets/tn/media/

https://simpeg.dinus.ac.id/captcha/thai/

https://esakip.kapuaskab.go.id/situs-maxwin/

https://fbis.amikompurwokerto.ac.id/data/sthai/

https://fbis.amikompurwokerto.ac.id/snippet/bo-gacor/

زر الذهاب إلى الأعلى
error: المحتوى حصري