خلية شمسية تحطم رقما قياسيا بتوليد الطاقة

يسعى العلماء والباحثون إلى تطوير الألواح الشمسية ورفع مستوى فاعليتها قدر الإمكان، للوصول إلى مصدر طاقة مستدام وصديق للبيئة.

وتمكن باحثون في مختبر الطاقة المتجددة الأمريكي من تحقيق رقم قياسي جديد بتوليد الطاقة الشمسية وطوروا خلية حققت فاعلية بمقدار 39.5% في شروط إنارة قياسية بمقدار حجم معياري ثابت من أشعة الشمس، لتحول معظمها إلى طاقة.

وكسرت الخلية الجديدة الرقم العالمي السابق لخلية شمسية سبق أن حققت فاعلية بنسبة 39.2%.

وحقق الباحثون الرقم القياسي الجديد باستخدام خلايا شمسية ثلاثية المقاطع تستخدم في الأقمار الاصطناعية والمركبات الفضائية، فضلا عن استخداماتها الواسعة على الأرض.

وقال الفيزيائي مايلز ستاينر، من مختبر الطاقة المتجددة الأمريكي: ”تتميز الخلية الجديدة بتصميم أبسط ويمكن استخدامها في تطبيقات عديدة وفي مناطق يصعب الوصول إليها وفي مناطق من الفضاء حيث تكون الإشعاعات قليلة“، وفقا لموقع ”ساينس آليرت“.

ويعمل كل مقطع في الخلية الثلاثية على استخدام جزء محدد من الطيف الشمسي، ما يزيد من فاعلية الخلية من خلال تقليل أشعة الشمس غير المستخدمة.

وازدادت فاعلية الخلية الشمسية أيضا من خلال استخدام تقنيات البئر الكمية، المعتمدة على اختيار مواد محددة وتحسينها وجعلها رقيقة قدر الإمكان، ما يؤثر على الحجم الأصغري من الطاقة اللازمة لتحفيز الإلكترونات وتمرير التيار الكهربائي.

واستخدم العلماء مواد متنوعة في تصميم الخلية الشمسية، منها ”غاليوم إنديوم فوسفايد“، و“غاليوم آرسينايد“.

وقال الفيزيائي ريان فرانس: ”في حين أن الغاليوم آرسنايد مادة ممتازة تُستخدم في الخلايا المتعددة المقاطع، إلا أنها لا تمتلك التحفيز الإلكتروني اللازم لخلية ثلاثية المقاطع، ما يعني أن توازن التيار الكهرضوئي بين المقاطع الثلاثة غير مثالي“.

وأضاف: ”عملنا على تحسين التحفيز الإلكتروني مع الإبقاء على المواد الممتازة من خلال الآبار الكمية، ما يزيد من فاعلية الجهاز ويفسح المجال أمام تطبيقات أخرى“.

وتتمثل بعض التحسينات في التصميم الأخير بزيادة حجم الضوء الممتص دون التقليل من التوتر الكهربائي الناتج، ما يحقق أعلى فاعلية لخلية شمسية حتى الآن.

وسجلت الخلية الشمسية أيضا نسبة 34.2% في الفضاء، وهي النسبة المتوقعة عند استخدامها في المركبات الفضائية، إذ إن وزنها ومقاومتها للجسيمات العالية الطاقة يجعلانها مناسبة تماما لهذه المهمة، ومن الممكن تطويرها في المستقبل على نطاق واسع.