شهدت إحدى تقنيات الخلايا الشمسية الناشئة الواعدة زيادة كبيرة في الكفاءة. ابتكر المهندسون في UNIST في كوريا الجنوبية خلية شمسية ذات نقاط كمومية بكفاءة قياسية عالمية تبلغ 18.1%. النقاط الكمومية هي في الأساس مجرد بلورات صغيرة مستديرة من أشباه الموصلات تمتص وتصدر الضوء بكفاءة مذهلة. ومن خلال تغيير حجم النقاط الكمومية، يمكنك ضبط لون الضوء الذي يتفاعل معها، مما يجعلها مفيدة في تكنولوجيا العرض أو أجهزة الاستشعار.
ومع ذلك، فإنها قد تجد في النهاية استخدامًا أكبر لها في الخلايا الشمسية. تستخدم معظم الخلايا الشمسية التجارية مادة سائبة كطبقة تجميع الضوء، مما يعني أن السطح بأكمله يمتص نفس الأطوال الموجية. لكن النقاط الكمومية يمكن أن تأتي بأحجام متنوعة، مع التركيز على أجزاء مختلفة من الطيف، مما يزيد من الكفاءة المحتملة. بالإضافة إلى ذلك، فإن النقاط الكمومية رخيصة الثمن وسهلة التصنيع ويمكن حتى تحويلها إلى محاليل للرش.
وفي الدراسة الجديدة، أجرى الباحثون في معهد أولسان للعلوم والتكنولوجيا (UNIST) بعض التعديلات على الوصفة لتحسين التكنولوجيا. تعتبر الخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية المصنوعة من مواد عضوية هي الأكثر كفاءة من الناحية النظرية، ولكن للأسف لها عيب كونها أقل استقرارًا في ضوء الشمس والظروف الجوية، وهي ليست مثالية للأجهزة المصممة للتعرض لأشعة الشمس طوال اليوم. ولحل هذه المشكلة، غالبًا ما يتم استبدال هذه الخلايا الشمسية بمواد غير عضوية، لكن هذا يحد أيضًا من كفاءتها.
قام فريق UNIST بصنع نقاط كمومية من البيروكسيدات العضوية وطور طريقة جديدة لتثبيت النقاط الكمومية على الركيزة، مما يسمح لها بالاقتراب من بعضها البعض. أدى هذا إلى زيادة الكفاءة إلى مستوى قياسي بلغ 18.1% من 16.6% في عام 2020. وقد تم الاعتراف بهذا الرقم القياسي بشكل مستقل من قبل المختبر الوطني الأمريكي للطاقة المتجددة (NREL).
والأفضل من ذلك أن الخلايا الشمسية الجديدة أكثر استقرارًا. في ظل الظروف العادية، يمكنهم الحفاظ على الطاقة الكاملة لمدة 1200 ساعة، وتحت درجات حرارة عالية تصل إلى 80 درجة مئوية (176 درجة فهرنهايت)، يمكنهم الحفاظ على الكفاءة لمدة 300 ساعة. لقد كان أداؤهم جيدًا بنفس القدر بعد عامين من التخزين.
لا يزال أمام الخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية طريق طويل لتقطعه قبل أن تتمكن من اللحاق بخلايا السيليكون الشمسية المستخدمة يوميًا، والتي استغرق البحث والتطوير فيها نصف قرن من الزمن وتقترب بسرعة من كفاءتها القصوى النظرية. وفي الوقت نفسه، لم تدخل النقاط الكمومية المختبر فعليًا إلا في عام 2010 تقريبًا، وكانت كفاءتها في ذلك الوقت أقل من 4%. ومع تحسين الكفاءة، يمكن لعمليات التصنيع الرخيصة والبسيطة أن تساعد في توسيع نطاق التكنولوجيا لإنشاء نطاق أوسع من الأسطح الكهروضوئية.
ونشر البحث في مجلة نيتشر إنيرجي.