مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

ابتكار جهاز كهروضوئي يعمل بالسيليكون ويوفر كفاءة 132%

0 719

توصل باحثون في جامعة آلتو في فنلندا إلى تصميم جهاز كهروضوئي يتمتع بكفاءة كمية تبلغ 132%.

أصبح هذا الاستغلال المثير للإعجاب -وغير المحتمل على ما يبدو- ممكنًا بفضل مادة السيليكون الأسود النانوي، وهي مادة شبه موصلة تم اكتشافها بالصدفة في الثمانينيات، ولديها انعكاسية منخفضة للغاية وامتصاص عالٍ للضوء.

تم قبول هذا البحث للنشر في صحيفة “Physical Review Letters” في 28 يوليو 2020،وهويمكن أن يكون إنجازًا أو قفزة كبيرة في تكنولوجيا الخلايا الشمسية.

افتراضيًا، إذا كان للجهاز كفاءة كمية بنسبة 100% فإن كل فوتون يضرب الجهاز سيولد إلكترونًا واحدًا، والذي سيتم نقله عبر الدائرة ليتم توليدها في الكهرباء.

ابتكار جهاز كهروضوئي يعمل بالسيليكون ويوفر كفاءة 132%

ومع ذلك، فإن هذا الجهاز يقدم نفسه بكفاءة هائلة تبلغ 132%، ما يعنيه هذا في الواقع هو أن كل فوتون سوف يولد إلكترونًا مع احتمال 1/3 تقريبًا أن إلكترونًا إضافيًا سيطرح من مداره وينضم إلى الدائرة.

ولكن ماذا عن قوانين الفيزياء؟ لا يمكننا فقط توليد الكهرباء من لا شيء!، لفهم كيف يمكن ذلك، علينا أولًا أن نفهم كيفية عمل المواد الكهروضوئية:

عندما يصطدم فوتون بسطح جهاز كهروضوئي، يُطرح الإلكترون من مداره. في ظروف معينة، يمكن للفوتون عالي الطاقة أن يصطدم بإلكترونين من مدارهما، لذلك ما زلنا نلتزم بقوانين كوننا.

في العديد من الخلايا الشمسية تؤدي عوامل معينة إلى فقدان الكفاءة،بينما في بعض الأحيان تنعكس الفوتونات على سطح الجهاز دون التفاعل مع إلكتروناته أو تملأ الإلكترونات المنقطعة الفتحة المتبقية على ذرة أخرى قبل الانضمام إلى الدائرة.

لذلك؛ مع تطورهم الأخير، ذكر فريق جامعة آلتو أنهم تجاوزوا هذه الحواجز إلى حد كبير؛حيث يمتص السيليكون الأسود الفوتونات بكفاءة أكبر بكثير من المواد الأخرى، كما أن بنيته النانوية مع المخاريط والأعمدة تمنع إلى حد كبير إعادة تركيب الإلكترونات على السطح.

جدير بالذكر أنه يمكن استخدام هذه الكفاءة المحطمة للأرقام القياسية لتحسين أي نوع من أجهزة الكشف الضوئي، سواء كانت الخلايا الشمسية أو أجهزة استشعار الضوء لأغراض أخرى.

المصدر:Interestingengineering: Black Silicon-Powered Photovoltaic Device Offers 132% Efficiency
الرابط المختصر :

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.